Конвективная теплоотдача при вынужденном движении текучей среды в трубах и каналах
В зависимости от значения критерия Рейнольдса существует ламинарный (
), турбулентный (
) и переходный (
) от ламинарного к турбулентному режимы течения.
Определяющие параметры для расчета критерия Рейнольдса:
; 
- внутренний диаметр трубы;
- средняя по сечению трубы скорость движения флюида.
Теплоотдача при ламинарном движении текучей среды в трубах (Re£2300)
При ламинарном режиме движения в прямых гладких трубах и наличии участков гидродинамической и тепловой стабилизации для более точной аппроксимации экспериментальных данных выделяют два подрежима – ламинарный вязкостный и ламинарный вязкостно-гравитационный. Ламинарный вязкостный режим течения имеет место при числах Рэлея Ra < 8×105, а ламинарный вязкостно-гравитационный режим при числах Рэлея Ra 
8×105.
Определяющие параметры для расчета критерия Рэлея:
, где 
; 
- внутренний диаметр трубы.
А. Ламинарный вязкостный режим движения флюида в трубах (R e£ 2300; Ra < 8×105)
Средняя по длине 
теплоотдача определяется по формуле Б.Г.Петухова 
, полученная при 
и 
.
Определяющие параметры:
, где ; – внутренний диаметр трубы;
- средняя по сечению скорость движения флюида.
Замечание. Значение 
выбирают для флюида при температуре стенки Tw.
Величина 
– поправка на начальный участок гидродинамической стабилизации потока. Эта поправка вводится, если перед обогреваемым участком трубы отсутствует участок гидродинамической стабилизации):
если 
,то 
;
если 
то 
,
где 
– длина трубы.
Определяющие параметры в формулах для расчета 
:
; - внутренний диаметр трубы;
- средняя по сечению скорость движения флюида.
Б. Ламинарный вязкостно-гравитационный режим движения текучей среды в трубах (Re £ 2300; Ra > 8×105)
Приближённая оценка среднего коэффициента теплоотдачи может быть произведена по критериальному уравнению, полученному М. А. Михеевым [4]:
,
где 
– поправка, учитывающая зависимость физических свойств текучей среды от температуры.
Определяющие параметры:
– средняя температура флюида в трубе;
- внутренний диаметр трубы;
- средняя по сечению скорость движения флюида.
Поправочный коэффициент 
учитывает влияние начального участка тепловой и гидродинамической стабилизации потока:
если 
, то 
;
если 
, то значение определяется по таблице
Таблица. Значение при вязкостно-гравитационном режиме
| |||||||||
|
| 1,9 | 1,7 | 1,44 | 1,28 | 1,18 | 1,13 | 1,05 | 1,02 |
Теплоотдача при турбулентном режиме течения (Re > 104)
Средняя теплоотдача при турбулентном течении несжимаемой жидкости с числами Pr>0,7 и Re>104 в прямых гладких трубах рассчитывается по формуле М. А. Михеева [4]:
,
где – поправка, учитывающая зависимость физических свойств текучей среды от температуры.
Величина – поправка, учитывающая изменение коэффициента теплоотдачи на начальном участке гидродинамической и тепловой стабилизации:
при 
>50 
=1;
при <50 
.
Определяющие параметры:
– средняя температура флюида в трубе;
– внутренний диаметр трубы;
– средняя по сечению скорость движения флюида.
Теплоотдача при переходном режиме течения флюида (2300 ≤Re ≤ 104)
Переходный режим течения характеризуется перемежаемостью ламинарного и турбулентного течений. Приближённо коэффициент теплоотдачи можно рассчитать по формуле [4]:
,
где – поправка, учитывающая зависимость физических свойств текучей среды от температуры; значение комплекса K0 зависит от числа Рейнольдса и приведено в таблице; поправка на начальный участок 
рассчитывается также как и при турбулентном режиме течения флюида.
Таблица. Зависимость комплекса К0 от числа Рейнольдса
| Re·10-3 | 2,2 | 2,3 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | ||||||
| K0 | 2,2 | 3,6 | 4,9 | 7,5 | 12,2 | 16,5 |
Определяющие параметры:
– средняя температура флюида в трубе;
- внутренний диаметр трубы;
- средняя по сечению скорость движения флюида.
Переходный режим течения флюида в прямых гладких трубах также можно рассчитать и по методике, изложенной в [10]:
,
где 
и 
числа Нуссельта, рассчитанные по формулам ламинарного и турбулентного режимов соответственно, γ – коэффициент перемежаемости равный
.
Теплоотдача при движении газов в трубах
Для газов температурная поправка 
»1, а 
и вышеприведенные критериальные формулы приводится к виду:
ламинарный режим 
;
турбулентный режим 
;
переходный режим 
.
Теплоотдача при движении текучей среды в каналах
произвольного поперечного сечения
Все вышеприведенные критериальные формулы для расчета теплоотдачи в круглой трубе применимы и для каналов другой формы сечения (прямоугольной, треугольной, кольцевой), при продольном омывании пучков труб (в трубе большого диаметра расположено несколько труб меньшего диаметра и флюид движется вдоль труб), а также при движении жидкости, не заполняющей всего сечения канала. При этом в качестве характерного размера следует применять эквивалентный или гидравлический диаметр
,
где f- площадь поперечного сечения потока, м2; P – смоченный периметр потока (независимо от того, какая часть периметра участвует в теплообмене), м.