В физике жидкости и газа для описания и моделирования процессов используют критерии подобия — безразмерные числа, которые позволяют сравнивать потоки в различных системах, выделяя характер влияния физических сил.
$$ Re = \frac{\rho v L}{\mu} $$
где ρ — плотность жидкости, v — характерная скорость потока, L — характерный линейный размер, μ — динамическая вязкость.
Смысл: отношение сил инерции к силам вязкости. Определяет режим течения: ламинарный (малое Re) или турбулентный (большое Re).
$$ Fr = \frac{v}{\sqrt{gL}} $$
где g — ускорение свободного падения.
Смысл: отношение инерционных сил к силам тяжести, важно в гидравлике и изучении волн.
$$ Pr = \frac{\mu c_p}{\kappa} $$
где cp — теплоёмкость при постоянном давлении, κ — теплопроводность.
Смысл: отношение кинематической вязкости к теплопроводности, характеризует тепловое поведение жидкости.
Отношение конвективного теплообмена к теплопроводности жидкости:
$$ Nu = \frac{\alpha L}{\kappa} $$
где α — коэффициент тепловой передачи.
$$ Gr = \frac{g \beta (T_s - T_\infty) L^3}{\nu^2} $$
где β — коэффициент температурного расширения, ν — кинематическая вязкость.
Используется для оценки силы естественной конвекции.
Использование критериев подобия позволяет:
При кипении и конденсации важную роль играют такие безразмерные параметры, как число Рейнольдса (характеризует поток жидкости у поверхности кипения), число Нуссельта (теплообмен), число Прандтля (температурные градиенты в жидкости) и число Грасгофа (естественная конвекция, важная для формирования пузырьков пара и отведения тепла).
Изучение сочетания этих параметров помогает прогнозировать режимы кипения и конденсации, оптимизировать промышленные процессы теплопередачи.