Теплообмен в зернистом слое при умеренных числах Рейнольдса

Представлены результаты экспериментального исследования коэффициента теплоотдачи от стенок круглой трубы, заполненной зернистой средой, образованной монодисперсными стеклянными шариками различного диаметра $(d_p = 0.9$, $3.2$, $8.9$ мм$)$, на стабилизированном участке теплообмена при фильтрации воды и водного раствора глицерина. По двухслойной модели теплообмена выполнен расчет вклада термического сопротивления ядра потока и пристенной зоны с использованием измеренных коэффициентов теплоотдачи и профилей температур поперек зернистого слоя. Определен вид зависимости для эффективного коэффициента теплопроводности. Представлены данные по измерению коэффициента теплоотдачи от стенок кольцевого канала, заполненного как одним слоем шаров двух типов упаковок (кубической и ромбоэдрической), так и несколькими слоями шаров хаотической упаковки, на стабилизированном участке теплообмена при фильтрации воды. Показано, что в инерционном режиме фильтрации жидкости через зернистый слой числа Нуссельта как в трубе, так и в кольцевом канале соответствуют зависимости $\text{Nu}_e \propto (d_e/D)\text{Pe}_2^{1/2}$. Предложена полуэмпирическая корреляция, которая хорошо обобщает полученные в настоящей работе экспериментальные данные, а также данные других авторов по теплообмену в трубе и в кольцевом канале. Предложена теоретическая модель, согласно которой изменение теплоотдачи определяется поведением эффективного коэффициента теплопроводности $\lambda_{\text{ef}}/\lambda_f \propto \text{Pe}_d^{1/2}$, связанным с преобладающим вкладом в конвективный теплообмен процессов переноса в вихревых ячейках с замкнутыми линиями тока.