17.6. ÑÎÂÌÅÑÒÍÎÅ ÂËÈßÍÈÅ ÑÂÎÁÎÄÍÎÉ È ÂÛÍÓÆÄÅÍÍÎÉ ÊÎÍÂÅÊÖÈÈ
Ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ âûíóæäåííîãî äâèæåíèÿ æèäêîé ñðåäû è çàìåòíûõ ðàçíîñòÿõ òåìïåðàòóð ñêîðîñòü ñâîáîäíîé êîíâåêöèè îêàçûâàåòñÿ ñîèçìåðèìîé ñî ñêîðîñòüþ òå÷åíèÿ, îáóñëîâëåííîé âíåøíèì ïîáóäèòåëåì.  ýòîì ñëó÷àå èíòåíñèâíîñòü òåïëîîòäà÷è çàâèñèò êàê îò êðèòåðèÿ
, òàê è îò êðèòåðèÿ
. Ïðè ýòîì â ïîñëåäíèé êðèòåðèé âõîäèò ñêîðîñòü âûíóæäåííîãî òå÷åíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, â îáùåì ñëó÷àå (ïðè çàäàííîé ãåîìåòðèè)
(17.6.1)
Ïî îïûòàì Ä. Í. Ëÿõîâñêîãî, îáîáùåííûì â âèäå ãðàôèêà íà ðèñ. 17.9, ñîâìåñòíîå âîçäåéñòâèå âûíóæäåííîé è ñâîáîäíîé êîíâåêöèè íà òåïëîîòäà÷ó øàðîâ íàáëþäàåòñÿ ïðè
. Âëèÿíèå òåïëîâîé ãðàâèòàöèîííîé êîíâåêöèè íà ïîëå ñêîðîñòè è òåìïåðàòóðû ïðè òå÷åíèè æèäêîñòè è ãàçà â êàíàëàõ ðàçëè÷íîé êîíôèãóðàöèè íàáëþäàåòñÿ óæå ïðè îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé ïëîòíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà â ëàìèíàðíûõ è òóðáóëåíòíûõ ðåæèìàõ òå÷åíèÿ.
Äëÿ âåðòèêàëüíûõ òðóá ïðè ñîâïàäåíèè íàïðàâëåíèÿ âûíóæäåííîé è ñâîáîäíîé êîíâåêöèè â îáëàñòè óñòàíîâèâøåãîñÿ òåïëîâîãî ïîòîêà
ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå Á. Ñ. Ïåòóõîâà è Á. Ê. Ñòðèãèíà îïèñûâàþòñÿ ñ ïîãðåøíîñòüþ ± 10% ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè:
(17.6.2)
(17.6.3)
Ðèñ. 17.9. Ñîâìåñòíîå âëèÿíèå âûíóæäåííîé è ñâîáîäíîé êîíâåêöèè íà òåïëîîòäà÷ó øàðà ïðè
Çäåñü
(17.6.4)
ãäå
— êîýôôèöèåíò òðåíèÿ;
Ýòè ôîðìóëû îïèñûâàþò ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå â îáëàñòè çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ
Ïðè
íàáëþäàåòñÿ ñíèæåíèå òåïëîîòäà÷è, ñâÿçàííîå, ïî-âèäèìîìó, ñ íåêîòîðûì óìåíüøåíèåì èíòåíñèâíîñòè òóðáóëåíòíîñòè ïîä âëèÿíèåì ñâîáîäíîé êîíâåêöèè.
Ïðè ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè ñâîáîäíîé è âûíóæäåííîé êîíâåêöèé Á. Ñ. Ïåòóõîâûì è Á. Ê. Ñòðèãèíûì ïîëó÷åíî ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå, îïèñûâàþùåå èõ ýêñïåðèìåíòû ñ ïîãðåøíîñòüþ ±10%:
(17.6.5)
Âòîðîé ÷ëåí â ïðàâîé ÷àñòè ýòîãî óðàâíåíèÿ ïðåíåáðåæèìî ìàë ïðè
. Óðàâíåíèå (17.6.5) ñïðàâåäëèâî â îáëàñòè çíà÷åíèé êðèòåðèåâ ïîäîáèÿ:
.
 ãîðèçîíòàëüíîé ïîäîãðåâàåìîé òðóáå ñîâìåñòíîå äåéñòâèå òåïëîâîé ãðàâèòàöèîííîé è âûíóæäåííîé êîíâåêöèè ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó ðàçëè÷èþ êîýôôèöèåíòà òåïëîîáìåíà ïî ïåðèìåòðó òðóáû. Íàèìåíüøåå çíà÷åíèå òåïëîîáìåíà íàáëþäàåòñÿ â âåðõíåé ÷àñòè êàíàëà. Ýòî ðàñõîæäåíèå â ëîêàëüíûõ êîýôôèöèåíòàõ òåïëîîáìåíà, êàê ñëåäóåò èç ýêñïåðèìåíòà Á. Ñ. Ïåòóõîâà, À. Ô. Ïîëÿêîâà, Þ. À. Øåõòåðà è Â. À. Êóëåøîâà (ðèñ. 17.10), âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì îòíîøåíèÿ ÷èñëà Ãðàñãîôà äàííîãî òå÷åíèÿ
ê ÷èñëó Ãðàñãîôà, ïðè êîòîðîì âîçíèêàåò òåïëîâàÿ ãðàâèòàöèîííàÿ êîíâåêöèÿ â âûíóæäåííîì ïîòîêå:
Ðèñ. 17.10. Ñîâìåñòíîå âëèÿíèå âûíóæäåííîé è ñâîáîäíîé êîíâåêöèé íà òåïëîîáìåí â ãîðèçîíòàëüíûõ òðóáêàõ [12]: 1 — íèç òðóáû; 2 — âåðõ òðóáû; 3 — ñðåäíåå çíà÷åíèå ïî ïåðèìåòðó òðóáû
ÑÏÈÑÎÊ ÐÅÊÎÌÅÍÄÓÅÌÎÉ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Áîÿðèíöåâ Ä. Ì. Òåïëîïåðåäà÷à ÷åðåç æèäêîñòíûå è ãàçîâûå ïðîñëîéêè.— «Æóðí. òåõí. ôèç.», 1950, ò. 20, ¹ 9, ñ. 1084.
2. Äðîïêèí Ä., Ñîìåðñêåéëç Å. Òåïëîîòäà÷à ïóòåì åñòåñòâåííîé êîíâåêöèè â æèäêîñòÿõ, îãðàíè÷åííûõ äâóìÿ ïàðàëëåëüíûìè ïëîñêèìè ïîâåðõíîñòÿìè, êîòîðûå ðàñïîëàãàþòñÿ ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè íàêëîíà ê ãîðèçîíòàëè.— «Òð. àìåð. îá-âà èíæ.-ìåõ., ñåð. Ñ. Òåïëîïåðåäà÷à», 1965, ¹ 1, ñ. 94.
3. Æèäêîìåòàëëè÷åñêèå òåïëîíîñèòåëè. Èçä. 2-å. Ì., Àòîìèçäàò, 1967. Àâò. Ñ. Ñ. Êóòàòåëàäçå. Â. Ì. Áîðèøàíñêèé, È. È. Íîâèêîâ, Î. Ñ. Ôåäûíñêèé.
4. Êèðïè÷åâ Ì. Â., Ìèõååâ Ì. À., Ýéãåíñîí Ë. Ñ. Òåïëîïåðåäà÷à. Ì.— Ë., Ãîñýíåðãîèçäàò, 1940.
5. Êóòàòåëàäçå Ñ. Ñ., Êèðäÿøêèí À. Ã., Èâàêèí Â. Ï. Òóðáóëåíòíàÿ åñòåñòâåííàÿ êîíâåêöèÿ v âåðòèêàëüíîé èçîòåðìè÷åñêîé ïëàñòèíû.— «Äîêë. ÀÍ ÑÑÑл, 1974, ò. 21, ¹6, ñ. 1270.
6. Êóòàòåëàäçå Ñ. Ñ., Êèðäÿøêèí À. Ã., Áåðäíèêîâ Â. Ñ. Ïîëå ñêîðîñòè â êîíâåêòèâíî! ÿ÷åéêå ãîðèçîíòàëüíîãî ñëîÿ æèäêîñòè ïðè òåïëîâîé ãðàâèòàöèîííîé êîíâåêöíè.-«Èçâ. ÀÍ ÑÑÑÐ. Ôèç. àòìîñôåðû è îêåàíà», 1974, ò. 10, ñ. 137.
7. Êóòàòåëàäçå Ñ. Ñ., Êèðäÿøêèí À. Ã., Áåðäíèêîâ Â. Ñ. Âëèÿíèå òåðìîêàïèëëÿðíù ñèë íà ïðîöåññû ïåðåíîñà ó ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè â ãîðèçîíòàëüíîì ñëîå ïðè òóðáóëåíòíîé òåïëîâîé ãðàâèòàöèîííîé êîíâåêöèè.—«Äîêë. ÀÍ ÑÑÑл, 1976 ò. 231, ¹2, ñ. 309.
8. Ëÿõîâñêèé Ä. Í. Êîíâåêòèâíûé òåïëîîáìåí ñôåðè÷åñêèõ âçâåøåííûõ ÷àñòèö ñ îêðó, æàþùåé ñðåäîé.— «Êîòëîòóðáîñòðîåíèå», 1947, ¹ 5.
9. Ìèõååâ Ì. À. Îñíîâû òåïëîïåðåäà÷è. Ì.—Ë., Ãîñýíåðãîèçäàò, 1956.
10. Ïåòóõîâ Á. Ñ. Òóðáóëåíòíîå òå÷åíèå è òåïëîîáìåí â òðóáàõ ïðè ñóùåñòâåííîì âëèÿííè òåðìîãðàâèòàöèîííûõ ñèë. —  êí.: Òðóäû Ìåæäóíàðîäíîãî ñåìèíàðà ïî òóðáó. ëåíòíîé ñâîáîäíîé êîíâåêöèè. Äóáðîâíèê, ÑÔÐÞ, 1976, ñ. 701.
11. ×èçðàéò Ð. Åñòåñòâåííàÿ òóðáóëåíòíàÿ êîíâåêöèÿ íà âåðòèêàëüíîé ïëîñêîé ïîâåðõíîñòè.— «Òðóäû àìåð. îá-âà èíæ.-ìåõ., ñåð. Ñ. Òåïëîïåðåäà÷à», 1968, ò. 90, Jfc ñ. 1—9.
12. Øëèõòèíã Ã. Òåîðèÿ ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ. Ïåð. ñ íåì. Ì., «Íàóêà», 1969.