Внутренняя задача – теплообмен при протекании теплоносителей внутри каналов различных форм, внешняя задача – теплообмен при поперечном обтекании потоком пучка труб.

В условиях внутренней задачи различают следующие режимы течения:

- ламинарное (слоистое),при котором каждая частица жидкости движется по прямолинейной    траектории, а течение потока есть упорядоченное движение слоев, перемещающихся один относительно другого (этот вид течения имеет место при Re < Re _кр = 2100);

- развитое турбулентное – неупорядоченное движение с вихрями и сильным перемешиванием в поперечном направлении (Re > Re _кр = 10⁴);

- переходное, которое является промежуточным между ламинарным и развитым турбулентным и носит нестабильный характер (Re _кр1 < Re < Re _кр2).

При ламинарном режиме движения потока характеристика теплообмена – коэффициент теплоотдачи  - определяется из критериального уравнения конвективного теплообмена

                                                (3)

                                                                                                               (4)

где:  - критерий теплового подобия или критерий Нуссельта;

    - критерий Рейнольдса, по значению которого определяется режим движения жидкости;

    - эквивалентный диаметр канала, представляющий собой отношение

           учетверенной площади проходного сечения канала  к смоченному

           периметру , т.е. (в случае цилиндрического канала );

   ,  - соответственно коэффициент теплопроводности и коэффициент

           кинематической вязкости, определяемые из справочной литературы по значению средней температуры теплоносителя;

   - средняя скорость теплоносителя;

  и  - соответственно критерии Прандтля теплоносителя при средней

           температуре теплоносителя и средней температуре стенки, равной ;

    - критерий Грасгофа. Этот критерий подсчитывается по формуле:

                                                 ,                                         (5)      

где:  - определяющий размер;

 - коэффициент объемного расширения;

,    ,           

 - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя при температуре .

Коэффициент  учитывает изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы

(табл.2.1).

Таблица 2.1

	1	2	5	10	15	20	30	40	50
	1,9	1,7	1,44	1,28	1,18	1,13	1,05	1,02	1

Критериальное уравнение конвективного теплообмена при турбулентном режиме движения жидкости имеет вид:

                                                                        (6)

где: - критерий теплофизических характеристик жидкости или критерий Прандтля, определяется из таблицы по средней температуре жидкости и стенки [5]. Для метана при определении критерия Прандтля необходимо учитывать давление газа.

     - коэффициент, учитывающий влияние на теплопередачу длины канала.

Основная сложность расчета теплообмена при переходном режиме движения теплоносителя состоит в правильном определении режима течения и в выборе расчетной формулы для переходной области течения, лежащей между и .

В современной литературе предложен ряд обобщающих формул, определяющих теплообмен в переходной области внутри гладких каналов.

Формула С.С. Кутателадзе (при любых значениях Pr и при значениях 2100 < Re < 10000)

                                                                                        (7)

Формула В.Д. Попова (при и при значениях 2100 < Re < 10000)

                                                                                     (8)

Формула Б.Ц. Хаузена (при любых значениях  и при значениях 2100 < Re < 100000)

                                                                                    (9)

При расчетах ТА выбирается наименьшее из рассчитанных, значений критерия Nu.

Теплоотдача к потоку теплоносителя в условиях внешней задачи характеризуется теми же физическими величинами, что и в условиях внутренней задачи. Однако здесь имеются следующие важные особенности, существенно видоизменяющие рабочий процесс.