ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физическая схема теории пограничного слоя из "Основы теории теплопередачи " Как было сказано, будем наперед полагать, что число Ке очень велико. В пределе, при Ке —со, в динамических уравнениях Навье— Стокса можно вообще опустить члены, отражающие действие сил вязкости, и трактовать течение как потенциальное. Порядок дифференциальных уравнений понижается, и математические трудности решения облегчаются. Однако получаемый результат в кинематическом отношении оказывается верным отнюдь не во всей области течения. В непосредственной близости от омываемой поверхности скорость течения должна чрезвычайно быстро падать до нуля, тогда как потенциальное течение этого свойства не обнаруживает. Не воспроизводится также действительная картина течения в кормовой части тел, помещенных в поток, поскольку в условиях потенциальности нет причин для отрыва струй от стенки. В динамическом отношении результат получается и вовсе негодным поток на самом деле испытывает сопротивление со стороны внесенного в него тела, при полном же отсутствии трения такой эффект не возникает. [c.100] Указанные несоответствия объясняются тем, что, как бы мала ни была роль трения вдалеке от омываемой поверхности, вблизи последней силы вязкости становятся соизмеримыми с инерционными, а на самой поверхности действуют исключительно вязкие силы, которым может противостоять только градиент давления. Тонкая зона, внутри которой скорости относительно поверхности резко падают до нуля и где все более преобладающее значение получают силы, тормозящие движение, называется динамическим пограничным слоем. Закономерности развития пограничного слоя таковы, что в условиях возрастающего вниз по течению давления он теряет способность стелиться вдоль поверхности и отрывается от нее, уступая место вихревым образованиям в кормовой области тела. Не касаясь всей картины течения в целом, мы будем рассматривать явления безотрывного обтекания пограничного слоя. Таким образом, предметом нашего расслютрения будут тела хорошо обтекаемой формы. Плохо обтекаемые тела только в некоторой своей части могут рассматриваться в теории пограничного слоя. [c.100] Лредставляется несомненным, что при увеличении скорости набегающего потока слой как бы сдувается и величина 6 . при прочих равных условиях уменьшается. В противоположном направлении на толщину слоя действует коэффициент вязкости ц. [c.101] Более высокие значения Re , в указанных пределах отвечают меньшей возмущенности натекающего потока. Если скорость вне пограничного слоя увеличивается вниз по течению (давление падает, конфузор), то область ламинарного течения удлиняется. В противоположном направлении действует замедление (давление растет, диффузор), при котором область ламинарного течения укорачивается. Как бы то ни было,при турбулизации слоя из.меняется природа сил, тормозящих течение вблизи стенки. В ламинарном слое развивается обычное вязкое трение, имеющее в своей основе чисто молекулярный процесс переноса количества движения, в турбулентном же слое тop южeннe вызывается турбулентным пере юсом количества движения, который проявляется в действии соответствующих сил, называемых силами турбулентного трения. [c.102] На основанип всего сказанного можно принять следующую схему решения, относящуюся к случаям, когда числа Ке достаточно велики. Вне динамического пограничного слоя течение считается потенциальным. Поскольку пограничный слой очень тонок, определение поля скоростей, а следовательно, и распределения давлений в потенциальном течении, допустимо производить так, как если бы последнее простиралось вплоть до самой поверхности обтекаемого тела. Затем производится расчет пограничного слоя. [c.104] На этом в сущности решение заканчивается. [c.105] Расчет турбулентного пограничного слоя имеет полуэмпириче-ский характер и, таким образом, менее строг, чем расчет ламинарного слоя. Описание соответствующих методов решения выходит за рамки настоящего курса. [c.105] Аналогичная картина в основном имеет место при турбулентном характере движения в тепловом пограничном слое, только взамен обычной теплопроводности следует вводить теплопроводность турбулентную, отличающуюся гораздо большей интенсивностью. Однако в непосредственной близости от стенки механизм теплопроводности перерождается, так как вдоль самой стенки стелется тончайший тепловой подслой, в котором пульсационные скорости замирают, как и движение среды в целом, и, следовательно, перенос тепла может осуществляться только путем молекулярного обмена (обычной теплопроводносп.ю). [c.106] Порядок расчета теплового пограничного слоя аналогичен тому, который применяется для гидродинамической стороны задачи. Нужно, однако, заметить, что тепловой расчет более чувствителен к условностям, которые вносятся схематизацией действительного процесса. [c.106] Все сказанное в этом параграфе относилось к внешним задачам, т. е. к обтеканию каких-либо тел практически неограниченным потоком. При рассмотрении внутренних задач, простейшим примером которых являются случаи течения внутри труб, изложенные представления сохраняют силу, пока длина русла не слишком велика по сравнению с его поперечным размером (для трубы ее длина I не должна значительно превышать диаметр ). В противном случае пограничные слои, зарождающиеся на входе в канал и непрерывно утолщающиеся вниз по течению, смыкаются. Начиная с этого места, все поле течения представляет собой сплошной пограничный слой. [c.106] Вернуться к основной статье