особенно те, в которых б´oльшая часть энергии передается за счет
конвекции, зависят от многих факторов: температур поверхностей и
окружающего воздуха; скорости движения воздуха; теплопроводно-
сти, вязкости, плотности и теплоемкости воздуха (в свою очередь,
также зависящих от температуры среды); конфигурации и состояния
поверхностей и их геометрических размеров. Коэффициенты тепло-
отдачи конвекцией можно найти, решая систему дифференциальных
уравнений Фурье-Кирхгофа, Навье-Стокса, сплошности (непрерыв-
ности), а также решая дифференциальное уравнение теплообмена,
описывающее процесс теплоотдачи на границах тела, с прибавлением
краевых условий (геометрических, характеризующих форму и раз-
меры тела, в котором протекает процесс теплопередачи; физических
условий, характеризующих физические свойства среды и тела; гранич-
ных условий, характеризующих протекание процесса теплопередачи
на границах тела; временных условий, характеризующих протека-
ние процесса во времени). Это возможно лишь в некоторых частных
случаях при использовании ряда упрощений, причем полученные
результаты не всегда согласуются с опытными. Поэтому изучение
конвективного теплообмена осуществлялось, как правило, экспери-
ментальным путем. Недостаток чисто экспериментального изучения
какого-либо физического явления заключается в ограниченной ценно-
сти его результатов, так как применимы лишь к частному явлению.
Это чрезвычайно усложняет эксперимент, заставляя опытным путем
проверять зависимость данного явления от ряда факторов, а некоторые
явления зависят от многих переменных. В таких случаях используют
теорию подобия, позволяющую в известной степени обобщить полу-
ченные опытные результаты и распространить их на целую группу
подобных явлений. Такие системы характеризуются безразмерными
комплексами, составленными из характеризующих явление величин,
сохраняющими одно и то же численное значение. Эти величины но-
сят название
инвариантов
или
критериев подобия
и обозначаются
символами, состоящими из первых букв фамилий ученых, которые их
ввели в употребление или вообще работали в данной области. При
определении критериев теплового подобия для передачи конвекцией
теплоты в движущейся среде используется дифференциальное урав-
нение теплопроводности Фурье–Кирхгофа совместно с граничным
уравнением теплообмена. На основе уравнения подобия процессов
определяются соотношения между постоянными подобия, из которых
путем подстановки определяются критерии теплового подобия. Если
исследуется теплоотдача в потоке движущейся среды, то кроме тепло-
вого подобия, должны быть соблюдены условия гидромеханического
подобия. Критерии гидромеханического подобия выделяются из диф-
ференциального уравнения движения несжимаемой вязкой жидкости
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2007. № 3 81
