Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Число Стантона — безразмерный критерий подобия в теории теплообмена, характеризующий интенсивность конвективного переноса тепла между потоком жидкости или газа и стенкой канала. Он показывает отношение фактически переданного теплового потока к тепловой ёмкости движущегося потока и широко применяется при расчёте теплообменников.
В теории конвективного теплообмена число Стантона (обозначение St) — это безразмерное соотношение, характеризующее интенсивность теплоотдачи от движущейся среды к ограничивающей поверхности. Критерий введён британским инженером Томасом Стантоном в начале XX века и назван в его честь.
Физический смысл числа Стантона — доля тепловой энергии потока, переданная стенке. Критерий рассматривается в курсе Исаченко «Теплопередача», в работах Михеева и в зарубежной классике Bergman–Incropera «Fundamentals of Heat and Mass Transfer». Используется в расчётах труб, каналов, оребрённых поверхностей и компактных теплообменников.
Числитель критерия — конвективный тепловой поток, отводимый стенкой. Знаменатель — максимально возможный поток тепла, переносимый массовым расходом среды при характерной разности температур. Чем выше St, тем эффективнее теплообмен на единицу теплоёмкости потока.
Основная запись критерия:
St = α / (ρ·c_p·v)
где α — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К); ρ — плотность среды, кг/м³; c_p — удельная массовая теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/(кг·К); v — характерная скорость потока, м/с.
Через произведение в знаменателе ρ·v·c_p выражается тепловая ёмкость единичного потока массы. Поэтому число Стантона можно понимать как нормированный коэффициент теплоотдачи, не зависящий от абсолютных параметров среды.
Число Стантона выражается через классическую тройку Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля:
St = Nu / (Re·Pr)
Здесь Nu = αL/λ — число Нуссельта, Re = ρvL/μ — число Рейнольдса, Pr = ν/a — число Прандтля. Формула получается прямой подстановкой и подчёркивает, что Стантон — это «нормированный» Нуссельт, удобный для расчётов конвективных теплообменников.
Особая практическая ценность числа Стантона связана с аналогией Рейнольдса между переносом импульса и теплоты в турбулентном потоке.
Аналогия Рейнольдса (для Pr = 1): St = C_f / 2
Аналогия Чилтона–Колборна (1933): St · Pr^(2/3) = C_f / 2
где C_f — местный коэффициент трения о стенку.
Эти соотношения позволяют оценивать коэффициент теплоотдачи через известный коэффициент трения. Метод применяется для газов (Pr ≈ 0,7–1,0) и других сред со значениями Прандтля близкими к единице, для которых аналогия даёт приемлемую точность.
Для задач массообмена используют аналог критерия — диффузионное число Стантона: St_m = Sh/(Re·Sc), где Sh — число Шервуда, Sc — число Шмидта. Оно играет ту же роль для конвективной массоотдачи, что классическое St — для теплоотдачи.
Критерий используется во всех областях, где требуется оценка эффективности конвективного теплообмена при движении среды.
В теории компактных теплообменных аппаратов произведение St·A (где A — площадь теплообмена) определяет число единиц переноса NTU = St·A/A_c, где A_c — проходное сечение. Это ключевой параметр метода ε-NTU, применяемого для расчёта эффективности теплообменников.
Несмотря на удобство, число Стантона применимо не во всех ситуациях. Существуют важные ограничения.
Число Стантона — компактный безразмерный критерий теплоотдачи, который связывает коэффициент теплоотдачи с тепловой ёмкостью потока. Через формулу St = Nu/(Re·Pr) и аналогию Чилтона–Колборна он позволяет инженеру оперативно оценивать интенсивность теплообмена, проектировать теплообменники методом NTU и анализировать эффективность охлаждающих систем. Знание области применимости и ограничений критерия — обязательный элемент инженерной культуры в теплоэнергетике.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.