ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лыко в, Современные проблемы тепло- и массообмена из "Тепло- и массоперенос Том 3 Общие вопросы теплообмена " Процессы тепло- и массообмена являются одним из важнейших разделов современной науки и имеют большое практическое значение в энергетике, в химической промышленности, в Производстве строительных материалов и других отраслях техники. [c.9] Особое значение трио бретают вопросы тепло- и массообмена в новой технике и, в частности, в атомной энергетике при расчете и конструировании ядерных реакторов. При этом характерная особенность указанных процессов в данных областях техники — это их взаимосвязь, когда перенос тепла и массы вещества является единым комплексным процессом переноса. [c.9] Основной проблемой в современной науке о тепло- и массообмене является всестороннее изучение обширного комплекса вопросов, вскрывающих физическую сущность механизма и закономерности переноса энергии и массы вещества. [c.9] Для успешного решения этих задач решающее значение приобретает развитие таких разделов науки, как термодинамика необратимых процессов, теория турбулентного движения неизотермических неоднородных потоков, теория неравновесных процессов, теория движения многофазных многокомпонентных систем с дискретными элементами, а также разработка методов определения и получения экспериментальных данных о физических свойствах веществ при весьма высоких температурах, давлениях и концентрациях. [c.9] Кратко остановимся на отдельных направлениях науки о тепло- и массообмене. [c.9] Для получения решения нелинейных задач с переменными тепло-физическими коэффициентами широко используются счетно-решающие устройства. Для того чтобы полученные цифровые данные носили более общий характер, дифференциальные уравнения и граничные условия записываются в безразмерной форме на основе общей теории подобия, т. е. цифровые данные характеризуют зависимость между критериями лодобия. Таким образом, в теории теплопроводности широко используются критерии подобия, которые являются обо1бщенными переменными. [c.10] На основе закономерностей нестационарного температурного поля разработаны скоростные экспериментальные методы определения коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости твердых, жидких и газообразных тел одновременно из одного кратковременного опыта [Л. 7—9]. Зти методы почти полностью вытеснили методы определения теплофизических коэффициентов, основанных на закономерностях стационарного температурного поля, и методы прямого калориметрирования. [c.10] В последние годы большое применение получила обобщенная теория теплопроводности и диффузии. Вначале эта теория переноса тепла и массы была разработана для капиллярно-пористых влажных тел применительно к процессам сушки, а затем была распространена на процессы переноса влаги и тепла в грунтах, на явления фильтрации многофазных жидкостей, на перенос тепла и нейтронов в поглощающих средах и на перенос тепла и массы при горении твердых пористых тел. В связи с этим были разработаны методы математического решения системы взаимосвязанных дифференциальных уравнений переноса тепла и массы при разных граничных условиях. Из решений этой системы уравнений как частный случай получаются решения задач нестационарной теплопроводности (Л. 10—12]. [c.10] Разработаны также экспериментальные методы определения коэффициентов переноса тепла и массы, основанные на закономерностях взаимосвязанного переноса тепла и массы в капиллярно-пористых телах (Л. 13 и 14]. К кругу этих вопросов относятся термодинамические исследования переноса влаги в капиллярно-пористых телах. [c.10] Вопросы теплообмена при ламинарном течении жидкости могут быть математически строго сформулированы. Поэтому изучение конкретных вопросов конвективного теплообмена сводится к решению математических задач с помощью точных или приближенных методов. [c.10] Иное положение сложилось в области конвективного теплообмена при турбулентном течении жидкости, который представляет наибольший интерес для практики. [c.10] Благодаря такому положению проводятся сложные эксперименты по проверке результатов теоретического расчета, а иногда с целью получения опытных данных. [c.11] Экспериментальные данные по профилю скоростей, температуры в турбулентных потоках как при постоянных, так и при переменных физических свойствах жидкости для обтекаемых поверхностей разных геометрических форм представляют большой интерес для дальнейшего развития полуэмпирической теории тур булентного теплообмена. При этом необходимо более детальное изучение механизма переноса с замером пульсаций температуры и скоростей в турбулентных потоках [Л. 15]. Накопление таких данных, и их теоретическая обработка методами современной теории однородной турбулентности позволят создать более строгую теорию теплообмена и трения в турбулентных потоках вязкой жидкости. [c.11] В технике большое значение имеет теплообмен при больших числах Re. В связи с этим в гидродинамике и теплообмене вязкой жидкости важное место занимает теория пограничного слоя. В настоящее время методы пограничного слоя хорошо разработаны для несжимаемой жидкости и сжимаемого газа. Получены решения ряда задач о теплообмене и гидравлическом сопротивлении при ламинарном и турбулентном течении жидкости в трубах и соплах, задач о распределении скорости и температуры в неизотермических струях и ряда других задач. Наибольшее (распространение методы пограничного слоя получили при решении задач теплообмена и сопротивления при внешнем (безотрывном) обтекании тел. [c.11] Наряду с расчетными методами широко применяются экспериментальные методы, особенно в задачах теплообмена и сопротивления в кормовой зоне тел, обтекаемых с отрывом пограничного слоя, а инцгда также в задачах для системы тел сложной геометрической формы и зоны перехода от ламинарного пограничного слоя к турбулентному [Л. 16 и 17]. [c.11] Следует отметить недостаточность экспериментальных работ в области исследования структуры турбулентного пограничного слоя при наличии возмущающих факторов. Следует обратить внимание на существование экстремальных свойств турбулентного пограничного слоя, в частности вырождение вязкого подслоя с увеличением числа Re. Слабая зависимость относительных изменений коэффициентов трения и теплообмена от числа Re, давно отмеченная экспериментаторами, не привлекала должного внимания теоретиков. Однако этот факт имеет большое значение для течения с вырожденным вязким подслоем. В этом случае удается получить ряд теоретических соотношений предельного характера, автомодельных как относительно чисел Re, так и относительно эмпирических констант турбулентности. [c.11] При исследовании турбулентного пограничного слоя, взаимодействующего с жидкой пленкой, важно исследовать поведение границы раздела фаз и устойчивость пленки жидкости. [c.11] Лойцянский предложил более общую полуэмпирическую теорию турбулентного переноса, не связанную с необходимостью разбивки потока на дискретные зоны и позволяющую установить единую точку зрения на все существующие полуэмпирические теории. С другой стороны, Применение теории Л. Г. Лойцянского позволило в ряде задач получить для трения и теплопереноса новые формулы, пригодные в самом широком диапазоне чисел Прандтля. [c.12] Принципиально новым в данной теории является обобщение гипотезы локального механизма турбулентного перемешивания при наличии взаимодействия между молярными и молекулярными обменами. Введенные Л. Г. Лойдянским локальные аналоги чисел Рейнольдса и Эйлера, а также характеристическая функция /(Re), отображающие суммарный молярный и молекулярный перенос, позволяют получить не только профили скорости, температуры и концентрации примеси, но и зависимость числа Стантона от чисел Рейнольдса и Прандтля во всем диапазоне их изменений. [c.12] Теория Л. Г. Лойцянского в принципе позволяет включить в анализ дополнительные эффекты молекулярного переноса импульса тепла, массы вещества и пр., возникающие при совместном протекании указанных процессов в общем гидродинамическом поле (термодиффузия, диффузионная теплопроводность и др.). Это позволит использовать богатый и хорошо разработанный аппарат термодинамики необратимых процессов. [c.12] Вернуться к основной статье