Число Нуссельта

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Число Нуссельта () — один из основных критериев подобия тепловых процессов, характеризующий соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности (в условиях неподвижной среды). Названо в честь немецкого инженера Вильгельма Нуссельта.

[1]

где:

Характерные значения[править | править код]

Число Нуссельта всегда больше или равно 1. То есть тепловой поток за счёт конвекции всегда превышает по своей величине тепловой поток за счёт теплопроводности.

Обычно для ламинарных течений число Нуссельта находится в диапазоне от 1 до 20. Большие числа Нуссельта (>100) свидетельствуют о сильном конвективном тепловом потоке, что является характеристикой турбулентных течений.

Для течений жидкости в круглых трубах можно показать, что для установившегося ламинарного течения (при условии, что тепловой поток в стенку постоянен) и (при условии, что постоянна температура стенки).[2]

Эмпирические зависимости[править | править код]

Свободная конвекция на вертикальной пластине[править | править код]

[3]

где  — число Рэлея.

Свободная конвекция на горизонтальной пластине[править | править код]

Если характерную длину определить как:

,

где — площадь пластины, и — её периметр. Тогда для ориентированной вверх горячей поверхности в холодной среде или для ориентированной вниз холодной поверхности в горячей среде:[3]

Для ориентированной вниз горячей поверхности в холодной среде или для ориентированной вверх холодной поверхности в горячей среде:

Теплоотдача при вынужденной конвекции в трубах[править | править код]

где:

При построении графика зависимости обобщенной формулы числа Нуссельта обнаруживаются искривления[4], именуемые "критериальными волнами" или "эффект GKZh". Данный эффект полностью отсутствует при построении практических зависимостей, и может объясняться высокими значениями Ra при сравнительно малых Nu. Исключительной особенностью таких "волн" является периодичность: то есть начало и конец "волны" приходятся на границы периодов Rа, целочисленно равных десятичному логарифму.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Simple derivation of the Nusselt number from Newton’s law of cooling.
  2. Дрейцер Г. А. Основы конвективного теплообмена в каналах.
  3. 1 2 3 Incropera Frank P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. — 4th Edition. — Wiley. — p. 493.
  4. Горшков-Кантакузен В.А., Жуперин С.Е. Эффект GKZh при больших значениях Ra в вычислении числа Нуссельта при конвекции Рэлея-Бенара (рус.) // XXII Международный симпозиум «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» имени А. Г. Горшкова : Материалы. — 2015. — 15-19 февраль (т. 1). — С. 85-86. — ISSN 978-5-9907705-8-4.