ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Краткие сведения из гидродинамики из "Теплопередача " Режимы течения. Существенное влияние на процесс конвективного теплообмена оказывает характер движения жидкости. Из гидродинамики известно, что имеются два основных режима течения ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме частицы жидкости движутся не перемешиваясь, параллельно стенкам канала и траекториям других частиц при турбулентном — неупорядоченно, хаотичеоки, направление и величина скорости отдельных частиц беспрестанно меняются. [c.125] На рис. 4-3 показана осциллограмма колебаний скорости в определенной неподвижной точке турбулентного потока, имеющего неизменную среднюю скорость течения. Мгновенная скорость пульсирует около некоторого среднего во времени значения. Помимо показанного на графике рис. 4-3 изменения абсолютной величины ш, происходит еще и изменение направления мгновенной скорости. Отклонения мгновенной скорости и) от средней во времени гд называют пульсациями скорости или пульсационными скоростями ш при этом = ш—гд. [c.125] Таким образом, турбулентное течение, строго говоря, является нестационарным процессом. Однако если осредненные во времени скорости и температуры й и г не меняются, то такое движение и связанный с ним перенос тепла можно рассматривать как стационарные процессы. При этом интервал времени осреднения должен быть достаточно большим по сравнению с периодом пульсаций, но в то же время достаточно малым по сравнению с каким-либо характерным для осредненно-го движения интервалом времени, чтобы учесть возможные изменения средних скорости и температуры во времени. [c.126] В процессе теплоотдачи режим течения имеет очень большое значение, так как им определяется механизм переноса тепла. [c.126] Условие прилипания. Так как теплоотдача является процессом теплового взаимодействия между жидкостью и омываемым ею твердым телом, интерес представляют особенности течения жидкости у твердой поверхности. В настоящее время в гидродинамике вязкой жидкости получила признание гипотеза о том, что частицы жидкости, непосредственно прилегающие к твердому телу, как бы прилипают к поверхности, т. е. их скорость равна скорости тела (если тело неподвижно, то нулю). [c.126] Этот слой прилипшей жидкости нужно рассматривать как бесконечно тонкий слой. Гипотеза о равенстве нулю скоростей жидкости на стенке нашла косвенное подтверждение в хорошем согласии с опытом результатов многочисленных теоретических работ, в основу которых она была положена. [c.126] Равенство нулю скорости жидкости на стенке выполняется до тех пор, пока газ можно считать сплошной средой. По мере увеличения разрежения ослабляется взаимодействие газа со стенкой и разреженный газ вблизи стенки начинает проскальзывать. [c.126] Степень разрежения потока характеризуют величиной параметра Кнудсена Т/Ь, представляющего собой отношение средней длины свободного пробега молекул газа Г к характерному размеру твердого тела /о (например, диаметру трубы или проволоки). [c.126] При значениях параметра Кнудсена, примерно больших 10, газ должен рассматриваться как свободный молекулярный поток. Его взаимодействие с твердым телом описывается на основе законов кинетической теории газов. [c.126] Мы будем рассматривать в основном сплошные среды и исходить из условия равенства нулю скорости дифференциально тонкого слоя жидкости, непосредственно прилегаюшего к поверхности твердого тела. [c.127] Пограничный слой. Рассмотрим продольное обтекание поверхности тела безграничным потоком жидкости. Скорость и температура набегающего на пластину потока постоянны и равны соответственно Шо и /о-При соприкосновении частиц жидкости с поверхностью тела они прилипают к ней. В результате в области около пластины вследствие действия сил вязкости образуется тонкий слой заторможенной жидкости, в пределах которого скорость изменяется от нуля на поверхности тела до скорости невозмущенного потока (вдали от тела). Этот слой заторможенной жидкости получил название гидродинамического пограничного слоя. Понятие о гидродинамическом пограничном слое впервые введено Л. Прандтлем (1904 г.). [c.127] Поэтому под толщиной пограничного слоя 6 обычно подразумевают такое расстояние от стенки, на котором скорость будет отличаться от скорости потока вдали от тела на определенную заранее заданную величину, например на 1 %. [c.127] Различают два основных режима течения ламинарный и турбулентный. Эти режимы течения наблюдаются и в пограничном слое. При малых значениях х течение в пограничном слое может быть ламинарным. По мере увеличения х толщина пограничного слоя возрастает слой делается неустойчивым и течение в пограничном слое становится турбулентным. Однако и при турбулентном пограничном слое у стенки имеется тонкий слой жидкости, так называемый вязкий, или ламинарный, подслой, где течение жидкости имеет характер, в среднем подчиняющийся закономерностям ламинарного теченияЭтот слой очень тонок. [c.127] Таким образом, все изменение температуры жидкости сосредоточивается в сравнительно тонком слое, непосредственно прилегаюшем к поверхности тела. [c.128] Толщины гидродинамического и теплового пограничного слоев б и /г в общем случае не совпадают— это зависит от рода жидкости и формы поверхности. [c.128] По-особому строится пограничный слой в случае свободного теплового течения, вызванного разностью плотностей более и менее нагретых частиц жидкости. Конечно, данное ранее огаределение пограничного слоя остается справедливым и для свободного движения. Однако во многих случаях скорость Шо вдали от тела, у которого возникло свободное движение, равна нулю. [c.128] На рис. 4-6 приведено распределение температур и скоростей в определенном сечении потока при Свободном подъемном движении жидкости у горячего тела. И здесь толщины теплового и гидродинамического слоев могут не совпадать. [c.128] Форма и размеры теплоотдающей поверхности. Форма и размеры поверхности теплообмена существенно влияют на теплоотдачу. В зависимости от этих факторов может резко меняться характер обтекания поверхности, по-иному строится пограничный слой. В технике имеется большое многообразие поверхностей нагрева. Если взять лишь самые простые формы тела, например плиту или трубу, то из них можно составить большое количество различных теплоотдающих поверхностей. Так, например, плита может быть с одной или двумя теплоотдающими поверхностями и расположена вертикально, горизонтально или наклонно при горизонтальном положении плиты в случае одной теплоотдающей поверхности последняя может быть обращена кверху или книзу. [c.128] Такое же многообразие поверхностей теплообмена можно получить из труб. Каждая такая поверхнось создает специфические условия движения и теплоотдачи. [c.128] Вернуться к основной статье