Теоретические аспекты улучшения теплотехнических характеристик пористых систем

Критерий Прандтля:

где v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с, который равен µ/ρ; a — температуропроводность, м2/с, равная λ/ср*ρ; µ — коэффициент динамической вязкости, Па*с; ср - теплоемкость, Дж/(кг*°С); ƛ — ко­эффициент теплопроводности, Вт/(м °С); ρ — плот­ность газа, кг/м3.

Критерий Прандтля характеризует подобие физиче­ских свойств теплоносителей в процессах конвективно­го теплообмена. Он является мерой подобия полей тем­ператур и скоростей, показывает отношение сил вязко­сти к интенсивности теплопереноса.

Критерии Грасгофа и Рэлея описывают процессы в поле силы тяжести.

Критерий Грасгофа:

где g — ускорение свободного падения, м/с2; β — коэф­фициент объемного теплового расширения газа, °С-1; Δt — разность температур, °С.

Критерий Грасгофа представляет собой меру соот­ношения сил внутреннего трения (вязкости) и подъем­ной силы, определяемой разностью плотностей в раз­личных точках неизотермического потока.

Критерий Рэлея:

Критерий Рэлея показывает отношение величины теплового расширения к силам вязкости и теплопро­водности.

Нетрудно заметить, что критерий Рэлея является произведением критериев Грасгофа и Прандтля, т. е.:

Критерии подобия могут быть получены для любого процесса, если известны аналитические зависимости между характеризующими его величинами — диффе­ренциальные уравнения, описывающие процесс [3].

Сложный характер структуры и механизма теплопереноса в дисперсных телах (теплопроводность, конвек­ция, излучение и др.) обусловил применение к ним тер­мина «эффективная теплопроводность» [4, 5].

В настоящее время можно считать доказанным, что эффективные теплофизические свойства материала в общем случае зависят от размеров образцов, их формы, скорости подъема температуры, величины теплового потока [5—7].

Тепловое излучение играет существенную роль при температуре более 600°С [3]. Так как ограждающие кон­струкции из пено- и газобетона эксплуатируются при более низких температурах, то этой составляющей мож­но пренебречь.

Передача тепла теплопроводностью будет склады­ваться из λ Mamp и λ ячеек. Последняя состоит из теплопро­водности теплового пограничного слоя (λ тпс), тепло­проводности слоя газа в объеме ячейки и конвективно­го теплопереноса в поре (коэффициент теплоотдачи а).

Таким образом, тепловое сопротивление ячеистого материала будет иметь следующий вид:

где L — определяющий геометрический размер; LMamp — толщина межпоровой перегородки, которая имеет не­большое численное значение; Lтпс—толщина теплово­го пограничного слоя.