Теория подобия дает возможность с дифференциальных уравнений и краевых ограничивающих условиях получить ряд обобщенных выводов и дать теоретическую основу для того, чтобы поставить эксперимент задачи конвективного теплообмена и обработать полученные данные.
Применение математических методов к явлениям конвективного теплообмена позволяет получить дифференциальные уравнения (систему), описывающие весь класс явлений, а не конкретную задачу. А недостатком экспериментальных исследований является невозможность обобщения результатов эксперимента на класс явлений. Таким образом, теория подобия сочетает математические методы и результаты эксперимента для их использования в подобных задачах.
Впервые сходство была использована в геометрии. В элементах конструкций теплотехнического оборудования теория используется для подобных физических явлений (подобной физической модели теплоотдачи), то есть конкретное критериальное уравнение для конкретной физической модели можно использовать только на подобной модели (когда изменяются только числовые величины коэффициентов).
На примере полученного выше критерия Нуссельта получен ряд следующих определяющих критериев.
Основные положения теории подобия формулируются в виде трех теорем. Первая и вторая теоремы формулируют основные свойства подобных между собой явлений. Третья теорема устанавливает признаки, по которым можно определить подобные явления, которые рассматриваются. В подобных явлениях все одноименные критерии подобия должны быть численно одинаковыми или находиться в конкретных числовых пределах.
Моделирование - метод искусственного изучение явления на модели вместо натурального образца, сходны между собой. Для каждого моделирования натурных явлений необходимо выполнить следующие условия:
1. Моделировать можно только качественно одинаковые процессы, которые имеют одинаковую физическую природу и описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями;
2. Условия однозначности должны быть одинаковыми во всем, кроме числовых значений постоянных величин;
3. Одноименные критерии подобия для модели и образца должны иметь одинаковые числовые значения.
Наиболее широко распространены следующие критериальные соотношения, описывающие соответствующие физические задачи:
1. Теплоотдача при свободной конвекции среды вокруг вертикальной и горизонтальной труб (в ограниченном и неограниченном объемах).
2. Теплоотдача при вынужденной конвекции вокруг труб, а также внутри них.
3. Теплоотдача при поперечном обтекании под разными углами, а также тела или группы тел.
4. Теплоотдача при фазовой изменении омывающей среды вокруг тела или группы тел в зависимости от изменения его температуры (кипение, конденсация и т.д.).