31.Схема Нуссельта для описания конвективного теплообмена.

Предположение, выдвинутое немецким физиком В.Нуссельтом о том, что каким бы ни был режим вынужденного или свободного течения жидкости, в любом случае у поверхности твердого тела формируется ламинарное движение.

На рис. 2.1 изображено распределение температуры, которая изменяется от значения T_W на омываемой поверхности до температуры невозмущенной части течения, принимая промежуточные значения в той его части, которая испытывает «холодящее» действие стенки.

Значение плотности теплового потока в стенку может быть рассчитано двояко: 1) с использованием искомого коэффициента теплоотдачи  по формуле ; 2) с привлечением гипотезы Фурье для описания переноса тепла в ламинарно движущихся пристенных слоях жидкости где _f - коэффициент молекулярной теплопроводности движущейся среды (находится из справочных таблиц или графиков) и . Приравнивая правые части формул (2.1) и (2.2), получаем зависимость для определения  в рассматриваемом сечении потока .

32. Конвективный теплообмен при течении в трубах.

Формирование круглой трубе динамического пограничного слоя.

Во входном сечении трубы x = 0 профиль скоростей равномерный (скорость равна среднерасходной скорости w₀) Чем дальше отстоит сечение потока от входного, тем большей становится толщина динамического пограничного слоя , w_0,1 > w₀. На расстоянии от входа, равном , пограничный слой смыкается на оси трубы, т.е. его толщина становится равной ее радиусу – = d/2. Дальнейшее увеличение  невозможно и профиль скорости в потоке не изменяется в его более удаленных от входа в трубу сечениях.

Детальная картина течения в канале зависит от величины критерия Рейнольдса.

Формирование в круглой трубе теплового пограничного слоя. Во входном сечении трубы профиль температуры в потоке равномерный, а температура поверхности трубы T_W везде одинакова (рис. 2.9, а). По мере удаления потока от входного сечения толщина теплового пограничного слоя _T становится все большей, и в сечении, отстоящем на расстоянии , она максимальна и равна радиусу трубы _T = d/2 (рис. 2.9, б; 2.9, в). Однако профиль температуры в потоке будет изменяться вниз по течению, так как процесс теплообмена продолжается и температура в каждой точке потока будет стремиться к температуре поверхности T_W. Однако, как показывают исследования, перестройка профиля температуры в потоке при этом будет такой, что при L/d >  число Нуссельта остается неизменным.

33.Внешняя и внутренняя задача конвективного теплообмена: особенности формирования теплового и гидродинамического пограничного слоёв, эффекты стабилизации

Особенность внешнего вынужденного обтекания тел - поток жидкости (газа) по нормали к омываемой поверхности простирается достаточно далеко от нее.

Формирование на поверхности обтекаемой пластины динамического пограничного слоя. У передней кромки пластины x = 0 профиль скоростей равномерный (скорость равна w_). Скорость более удаленных от поверхности слоев потока становится меньшей, чем w_, толщина динамического пограничного слоя  становится больше.  - такое расстояние, на котором w мало отличается от w_. Во внешней задаче нет принципиальных ограничений на величину , она может стать сколь угодно большой.

Формирование теплового пограничного слоя. По мере продвижения потока от передней кромки (x = 0) большей становится толщина теплового пограничного слоя _Т. _T - расстояние, на котором мало отличается от . Во внешней задаче нет принципиальных ограничений и на величину _Т.

Формирование в круглой трубе динамического пограничного слоя.

Во входном сечении трубы x = 0 профиль скоростей равномерный (скорость w₀) Чем дальше отстоит сечение потока от входного, тем большей становится толщина динамического пограничного слоя , w_0,1 > w₀. На расстоянии от входа, равном , толщина пограничного слоя становится равной радиусу трубы  = d/2. Дальнейшее увеличение  невозможно и профиль скорости в потоке не изменяется в его более удаленных от входа в трубу сечениях. Во внутренней задаче, есть предел увеличению толщины динамического пограничного слоя  и вследствие этого имеет место явление гидродинамической стабилизации течения.

Формирование в круглой трубе теплового пограничного слоя.

Во входном сечении трубы профиль температуры в потоке равномерный, а температура поверхности трубы T_W везде одинакова. По мере удаления потока от входного сечения толщина теплового пограничного слоя _T становится все большей, и в сечении, отстоящем на расстоянии , она максимальна и равна радиусу трубы _T = d/2. Во внутренней задаче есть предел увеличению толщины теплового пограничного слоя и вследствие этого имеет место явление тепловой стабилизации в том смысле, что, начиная с определенного сечения потока, число Нуссельта остается неизменным.