Методы расчета теплового потока в пограничном слое

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ [c.187]

В настоящее время имеются хорошо апробированные методы расчета ламинарного теплообмена /1, 2/, согласно которым тепловой поток в рассматриваемой точке тела заданной формы зависит от распределения давления, скорости и некоторой интегральной меры расстояния от начала пограничного слоя до рассматриваемой точка. [c.110]

Для расчета влияния колебаний внешнего потока на осредненный по времени тепловой пограничный слой при больших значениях частоты и амплитуды колебаний может быть использован метод, применяемый для анализа динамического пограничного слоя. Пренебрегая в пульсационном уравнении нелинейными членами, получим уравнение для высокочастотных колебаний температурного поля [c.113]

При поперечном обтекании круглого цилиндра и при обтекании шара на передней части этих тел образуется ламинарный пограничный слой (по крайней мере, при достаточно низких числах Рейнольдса, когда переход к турбулентному пограничному слою не происходит). Расчет местной плотности теплового потока в окрестности критической точки и на лобовой поверхности тел выполняется рассмотренными методами. Однако в сечении цилиндра или шара, расположенном несколько выше по потоку, чем миделево, происходит отрыв ламинарного пограничного слоя (отрыв турбулентного пограничного слоя происходит несколько ниже миделева сечения). После отрыва пограничного слоя на поверхности тела наблюдаются колебания местного коэффициента теплоотдачи, соответствующие сложному вихревому характеру течения с уносом вихрей от поверхности в гидродинамический след. [c.274]

Пограничный слой при осесимметричном закрученном течении газа в канале является пространственным в том смысле, что все три составляющие скорости отличны от нуля. Его параметры, однако, зависят лишь от двух независимых переменных. Для несжимаемой жидкости в [1-4] проведены исследования пограничного слоя, основанные на использовании интегральных соотношений. Пограничный слой в сжимаемом газе при наличии закрутки внешнего потока, числе Прандтля Рг = 1 и линейной зависимости коэффициента вязкости от температуры исследовался численными методами в [5, 6], но эти исследования ограничивались рассмотрением автомодельных течений. Поэтому определенный интерес представляет расчет неавтомодельного сжимаемого пограничного слоя при наличии закрутки внешнего потока. Этот случай имеет большое практическое значение для определения потерь на трение и тепловых потоков в соплах. При этом для определения параметров внешнего течения могут быть использованы разработанные в последнее время эффективные методы расчета [7]. [c.533]

Связь между Сер и С (Г). Так называемый метод приведенной температуры или приведенной энтальпии был первоначально развит как полуэмпирический метод корреляции расчетов поверхностного трения и теплового потока для случая ламинарного пограничного слоя на плоской пластине. По существу, этот метод основан на предположении, что имеется некоторая приведенная температура (или приведенная энтальпия), которая, если ее использовать при расчете характеристик пограничного слоя, входящих в уравнения для поверхностного трения и теплового потока в случае течения [c.183]

В результате поставленных экспериментов решены следующие задачи 1) изучен характер формирования температурных полей и пограничных слоев прн различных режимах и степени фильтрации наружного или внутреннего воздуха 2) определены значения и изучен характер изменения коэффициентов теплообмена на поверхностях остеклений в зависимости от высоты воздушной прослойки и режима фильтрующего воздуха 3) выполнены расчеты тепловых потоков по конвективной и лучистой составляющей и методами математической статистики построены критериальные соотношения, связывающие термическое сопротивление воздушной прослойки с температурными, теплофизическими и аэродинамическими параметрами воздушной среды. На основании этих соотношений рекомендованы значения термического сопротивления воздушной прослойки в зависимости от количества фильтрующего воздуха через неплотности остеклений. [c.100]

Изложим метод эффективной длины. Тепловой поток в какой-либо точке тела определяется двумя факторами толщиной теплового пограничного слоя и формой профиля температуры в данном сечении. При приближенном расчете целесообразно эти эффекты разделить. Зададимся формой профиля температуры в виде функции [c.143]

В предыдущей главе мы рассмотрели ламинарное течение в пограничном слое, при котором перенос количества движения, тепла и вещества происходит в результате молекулярных процессов вязкости, теплопроводности и диффузии. При этом значения напряжения трения и теплового потока являются известными функциями распределения скорости и температуры. Для ламинарного течения можно написать полную систему уравнений, и в настоящее время существуют математические методы их решения. Расчеты требуют некоторого экспериментального уточнения вследствие неизбежной схематизации явлений в сложных случаях течений и неточного знания ряда физических характеристик газа, однако вводимые поправки невелики. [c.149]

Правая часть интегрального соотношения (8.53) зависит от теплового потока на стенке. Соотношения (8.51), (8.52), (8.53) получены при наличии вдува на стенке. Изложим приближенный метод расчета плоского динамического пограничного слоя следуя Карману, Польгаузену. С этой целью рассмотрим уравнение (8.51) при отсутствии вдува для несжимаемого потока. Тогда соотношение (8.51) может быть представлено в виде [c.284]

Современные методы расчета конвективного теплообмена основываются на теории пограничного слоя. Несмотря на свою незначительную по сравнению с характерными размерами тела толщину, пограничный слой играет основную роль в процессах динамического и теплового взаимодействия потока жидкости с поверхностью теплообмена. В непосредственной близости стенки существует вязкий подслой, где теплота передается только теплопроводностью. [c.131]

Точное решение задачи теплообмена для передней критической точки разветвления потока вязкой жидкости на круглом цилиндре получено в работах [4, 5]. Посредством использования понятия о тепловом пограничном слое в [6] дано приближенное решение задачи о теплообмене на передней поверхности одиночного цилиндра, обтекаемого средой с Рг 1. В работе [7], исходя из предпосылок, высказанных выше в процессе решения задачи о теплообмене пластины, распространен предложенный [6] метод расчета на область Рг<с1. [c.147]

Точное решение задачи об определении оптимальной формы тела, при обтекании которого потоком газа с большой сверхзвуковой скоростью полный тепловой поток будет минимальным, связано как с вычислительными, так и с принципиальными трудностями. Поэтому в настоящее время широко используется обратный метод, основанный на сравнении тепловых потоков для разных тел заданной формы [1, 2]. Результаты таких расчетов не могут заменить решение вариационной задачи. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть вариационную задачу об определении формы тела с минимальным тепловым потоком, используя приближенную формулу Ньютона для нахождения газодинамических параметров на границе пограничного слоя. Такой подход использовался для нахождения формы тела минимального сопротивления в идеальном газе [3-5] и с учетом силы трения [6], а также для определения формы тонкого плоского профиля с минимальным тепловым потоком при заданных аэродинамических характеристиках [7]. [c.520]

Следует отметить, что полуэмпирический характер существующих методов расчета турбулентного пограничного слоя в смеси реагирующих газов проявляется и в том, что сама система уравнений, по существу никогда непосредственно не интегрируется, а используется лишь для установления приближенных связей между полями скоростей, энтальпий и концентраций. При этом профили скоростей в сечениях слоя находятся из полуэмпирических формул и некоторых дополнительных допущение о характере распределения напряжений трения поперек пограничного слоя. Местное трение на поверхности тела определяется с помощью интегрального соотношения импульсов, а тепловой поток и поток массы — с помощью аналогий Рейнольдса, [c.540]

Следует отметить, что метод расчета струй с помощью полинома трения А. С. Гиневского, не дающий особых преимуществ применительно к изобарическим струям, становится предпочтительным при расчете струи, стелящейся по стенке в потоке с градиентом давления (сдув пограничного слоя, струйная тепловая защита и т. п.), так как позволяет учесть влияние градиента давления на форму профиля скорости в поперечном сечении. [c.815]

Для практически важных значений критерия Ви=1—2 суммарный удельный тепловой поток с увеличением Ви уменьшается с 24 до 19 кВт-м-2 и доля конвективной составляющей в суммарном удельном тепловом потоке увеличивается от 16,5 до 24 %. Равное значение лучистой и конвективной составляющей достигается при значении Ви = 9, что несколько больше, чем для условий ламинарного пограничного слоя. Влияние лучистой составляющей на суммарный тепловой поток перестает быть существенным при Ви>60, что значительно больше соответствующих значений Ви для условий ламинарного пограничного слоя (Ви = 20). Это объясняется влиянием турбулентного коэффициента теплопроводности на диффузионный процесс переноса лучистой тепловой энергии. Турбулентный коэффициент переноса интенсифицирует процесс передачи тепла как за счет конвекции, так и за счет радиации. Однако зависимость радиационной составляющей от температурного напора ДГ более сильная, чем составляющей конвективной. Значение суммарного удельного потока для условий примера, определенное по зависимости, традиционно применяемой для задач огнестойкости, более чем в 2 раза превышает найденные в соотношении с настоящей теорией. Причем если величина конвективной составляющей практически одинакова (д. =4,2 кВт-м" ) и по настоящей теории при изменении Ви от 1 до 2 изменяется от 4 до 4.4 кВт-м- , то значения радиационной составляющей существенно отличаются лучистая составляющая, найденная в соответствии с традиционным методо.м, 9пв=45 кВт-м" и по настоящей теории дан=24—19 кВт-м- при изменении Ви от 1 до 2. Такое различие объясняется тем, что в традиционном методе расчета используется модель оптически прозрачной среды между двумя бесконечными плоскопараллельными поверхностями. Для задач определения фактического предела огнестойкости в связи со спецификой проведения экспериментов такая модель допустима. В условиях реальных пожаров она вносит существенную ошибку в анализ теплового воздействия очага пожара на строительные конструкции. Сравнение результатов расчета удельных тепловых потоков на вертикальных конструкциях при пожарах, полученных с помощью разработанной в настоящем разделе теории с экспериментальными данными, приведено в разд. 3.3 настоящей главы. [c.81]

Газодинамическая и тепловая эффективность решеток турбин включает коэффициент профильных потерь, угол выхода потока из решетки, распределение статического давления и коэффициента трения по внешнему контуру профиля. В охлаждаемых лопатках турбины с простейшей открытой схемой охлаждающий воздух выпускается через щель в выходной кромке профиля, взаимодействует со следом за решеткой и изменяет его структуру. Современные методы расчета течения в решетках турбомашин представлены в [1 ]. Экспериментальные исследования приведены в [1, 5, 6]. Анализ струйных турбулентных течений представлен в [7], в которой использованы различные расчетные методы полуэмпирические модели [7] интегральные методы в моделях тонкого пограничного слоя и сильного взаимодействия [8] частные аналитические решения уравнений Навье - Стокса [9] совместно с моделями турбулентности [10]. [c.12]

На рис. 10.6 приводится сопоставление результатов расчета по уравнению (10.3.6) с опытными данными [95]. В [95] изложенный метод расчета распространяется иа нестационарный тепловой пограничный слой на проницаемой стенке и на двухфазные потоки. Результаты обобщения опытных данных по предложенной методике представлены на рис. 10.7. [c.284]

Как уже упоминалось в гл. I, расчет теплового потока в области присоединения очень важен, так как именно в этой области он достигает большой величины. Чанг и Вигас [85] предложили приближенный метод расчета теплопередачи в области присоединения сильно охлажденного ламинарного пограничного слоя на тупоносых телах при гиперзвуковых скоростях [86]. Их расчет распределения давления и скорости относится к завихренному течению жидкости. Схемы течения в областях отрыва и присоединения показаны на фиг. 84 и 85. [c.175]

Вопрос о тепловой защите поверхностей тел, движущихся с гиперзвуковыми скоростями в плотных слоях атмосферы вызвал также появление обширной литературы. В настоящее время уже имеются хорошо разработанные методы расчета ламинарного и турбулентного пограничного слоя при вводе сквозь проницаемую поверхность тела охлаждающего поверхность дополнительного газа, отличного по своим физическим и химическим свойствам от газа, обтекающего тело (Ю. В. Лапин, В. П. Мотулевич, В. П. Мугалев, В. Г. Дорренс, Ф. Дор, Д. Б. Сполдинг). Изучены также вопросы разрушения (абляции) в гиперзвуковых потоках твердых поверхностей, их плавления или непосредственного испарения (сублимации) в зависимости от условий обтекания. Наиболее эффективным методом теплозащиты поверхностей в гиперзвуковых потоках является применение разнообразных покрытий, теория разрушения которых требует рассмотрения сложных систем уравнений динамического, температурного и диффузионного пограничных слоев в смеси газов и, кроме того, уравнений теплопроводности в самом твердом покрытии (В. С. Авдуевский, Н. А. Анфимов, С. В. Иорданский, Г. И. Петров, Ю. В. Полел<аев, Г. А. Тирский, [c.42]

Для расчета тепловых и диффузионных пограничных слоев при наличии произвольного распределения скорости на внешней границе динамического пограничного слоя с успехом можно применять изложенный в настоящей главе ( 107) параметрический метод 2), сводящий решение задач к интегрированию системы двух универсальных уравнений (относительно приведенных функций тока и температуры), которое должно быть выполнено раз навсегда на ЭВЦМ. Для решения отдельных конкретных задач можно пользоваться заранее составленными таблицами. Этот метод для более общего случая газового потока будет изложен в заключительной главе курса. [c.661]

Особую сложность представляют задачи пограничного слоя в гиперзвуковом потоке при наличии разрушения поверхности тела из-за высоких температур обтекающего поверхность газа. Появляющиеся в этих условиях процессы плавления или непосредственного испарения (сублимации) поверхности тела создают в пограничном слое многокомпонентные смеси, содержаише наряду с диссоциированными и ионизованными частицами еще сложные молекулы материала разрушающейся поверхности. Это приводит к необходимости установления граничных условий на деформирующейся поверхности, учета тепловых явлений в самом твердом теле, ограниченном разруншющейся поверхностью, и рассмотрения условий его механического разрушения (образование трещин и их выветривание ). Несмотря на исключительную сложность этих явлений, требующих для своего изучения привлечения данных из разнообразных областей механики, термодинамики и термохимии, в настоящее время, особенно благодаря замечательным достил<ениям отечественных ученых, уже имеются методы расчета ), вполне удовлетворяющие практику. [c.875]

Введение. Эта глава посвящена диссоциирующему сжимаемому турбулентному слою. Здесь мы намереваемся изложить некоторые методы, используемые при расчете теплового потока и поверхностного трения в случае диссоциирующего сжимаемого турбулентного пограничного слоя у поверхности в условиях гиперзвукового полета. Как часть нашего анализа будут получены уравнения реагирующего турбулентного пограничного слоя. [c.232]

Horo характера вихревой области. Окончательные суждения по этому вопросу можно будет высказать только после накопления достаточного количества опытных данных. Это замечание следует отнести не только к методу определения R t.o, но и ко всей методике расчета теплообмена в вихревой области. Если в дальнейшем предложенная методика расчета получит дополнительное количественное подтверждение, то ее можно будет распространить и на любые условия течения жидкости, когда в непосредственной близости от поверхности тела образуется стационарное вихревое течение. Расчет теплообмена в этом случае сводится к определению интенсивности вихря методами гидродинамики и решению уравнений теплового пограничного слоя с законом изменения скорости на внешней границе пограничного слоя, определяемым интенсивностью вихря. Если подтвердится основная идея расчета, то его можно распространить и на более сложные граничные условия с учетом влияния неизотермичности, поперечного потока вещества, химических реакций и т. п. [c.176]

Решение общей системы уравнений для потока и тем более сопряженной задачи даже в стационарных условиях очень сложно и во многих практически интересных случаях оно еще не получено. В то же время в инженерной практике наибольший интерес представляют не сами изменения параметров в потоке теплоносителя, а лишь расход, средняя температура, тепловой поток и температура на стенке, а в ряде случаев изменение (иоле) температур в стенках канала, омываемых потоком (т. е. решение задачи для потока интересно лишь с точки зрения определения граничных условий для конструкции). Поэтому как метод расчета широкое распространение получил одномерный способ описания процессов теплообмена в каналах (и пограничном слое). При этом способе течение в канале рассматривается происходящим с постоянными по сечению канала скоростью и температурой, которые могут изменяться лишь в одно.м измерении, по длине канала Обычно ирини.мают среднерасходную скорость [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...