Выше было рассмотрено гидродинамическое подобие. Но если моделируются тепловые процессы (например, распределение температур в энергетических устройствах), необходимо знать критерии теплового подобия. Для этого рассмотрим уравнение энергии несжимаемой вязкой жидкости (2.45)
.
Примем предположение об установившемся процессе теплообмена и проведем обезразмеривание, введя масштаб ТМдля температуры:
Умножим уравнение на комплекс и опустим для простоты записи знак безразмерности:
|
(2.48) |
В уравнении появилось три безразмерных комплекса, составленных из масштабов течения и характеристик жидкости.
Это уже известное число Рейнольдса , которое здесь можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине за счет вязкости, и два новых безразмерных критерия подобия.
Во-первых, это число Эккерта – критерий теплового подобия, характеризующий отношение кинетической энергии потока к энтальпии течения.
Для газовых потоков , где M – число Маха,
– показатель адиабаты.
Во-вторых, это число Прандтля – физическая характеристика среды, зависящая только от её термодинамического состояния; учитывает влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу.
Тогда уравнение энергии
.
Если поделить на число Рейнольдса, то
,
где – число Пекле, характеризующее соотношение между конвективным и молекулярным процессами переноса тепла в потоке жидкости. Также является одним из критериев подобия тепловых процессов в жидкостях и газах.
В свою очередь, отношение характеризует отношение рассеиваемого тепла (выделяемого за счет внутренних сил трения) в жидкости к конвективному тепловому потоку.
Таким образом, для рассматриваемого процесса (стационарное течение вязкой несжимаемой жидкости при отсутствии массовых сил) условия гидродинамического и теплового подобия имеют вид
,
,
(или
).