3.3. Некоторые основные направления развития теории и практики теплопередачи на современном этапе

С освоением новых наукоёмких технологий расширяется и усложняется круг задач по исследованию процессов теплопередачи.

Нуждается в дальнейшем развитии теория сложного теплообмена, обусловленного переносом тепла конвекцией, излучением и теплопроводностью, турбулентного переноса тепла, массы и количества движения в нестационарных условиях.

Сравнительно новым направлением в исследовании задач конвективного теплообмена является решение так называемых сопряженных задач, когда в отличие от традиционного изучения теплообмена твердого тела с потоком жидкости рассматривается взаимосвязанная задача переноса тепла в жидкостях и твердых телах.

Такой подход был применен впервые в 70–80-х годах прошлого века. Например, при конструировании теплообменного оборудования с развитой поверхностью (оребренная стенка) обычно применяют инженерные методики теплового и гидравлического расчета, основанные на осредненных по поверхности коэффициентах теплоотдачи и гидравлических сопротивлениях, которые, как правило, определяются экспериментальным путем. Повышенные требования к разработке современных теплообменных устройств заставляют изыскивать и развивать более уточненные методики расчета теплообменных процессов. Учет интегральных характеристик течения и теплообмена, на которые традиционно опираются инженерные методики, не позволяют оптимально выбрать размеры оребрения и теплообменника в целом. Поэтому в последние годы развиваются методы расчета теплообменного оборудования с использованием локальных характеристик, адекватно отражающих реальные условия течения и теплообмена. Такие характеристики могут быть получены при постановке и решении сопряженных задач.

В связи с широким внедрением криогенной техники существенно продвинулись работы по исследованию теплообмена излучением при криогенных температурах применительно к сверхпроводящим устройствам и криостатам для создания эффективной вакуумно-порошковой многослойной изоляции. Здесь рассматривается комбинированный радиационно-конвективный теплообмен.

Разрабатываются уточненные, с использованием компьютерных программ методы анализа теплообмена в топочных устройствах. Развиваются расчетные приемы, позволяющие получить более полную информацию о тепловом состоянии топок, что дает возможность улучшить их конструктивные решения и режимный характер работы.

Проанализированы новые явления при теплообмене: свободная конвекция в случае нагрева сверху (векторы потока тепла и силы гравитации совпадают), термоконвективные волны и др. Актуальным остается более детальное изучение методов интенсификации теплообмена (добавление в поток жидкости поверхностно-активных веществ, создание пульсаций жидкости, вибрация поверхностей нагрева и др.).

Развитие теории теплопередачи, разработка современных инженерных методов расчета теплообменного оборудования остаются актуальной задачей для перехода к новым наукоемким инновационным технологиям.