
- •35.Особенности формирования динамического пограничного слоя во внешних задачах
- •36.Особенности формирования динамического пограничного слоя во внутренней задаче
- •37.Особенности формирования теплового пограничного слоя во внешней задаче
- •38.Особенности формирования теплового пограничного слоя во внутренней задаче
- •39.Стабилизация конвективного теплообмена по длине канала в ламинарном и турбулентном режимах течения
- •40.Теплообмен при свободной конвекции у вертикальной плиты
- •41.Третья (основная) теорема теории подобия и моделирования физических явлений
- •42.47.Вывод аргумента Ra для описания теплоотдачи при свободной конвекции
- •43.Вывод критериев подобия из рассмотрения уравнения нестационарного теплопереноса в потоке (уравнения Фурье-Кирхгофа)
- •44.Обоснование формы критериальных зависимостей для описания конвективного теплообмена
- •45.Критериальные формулы для описания теплообмена при свободной конвекции
- •46.Физический смысл критериев Re, Pr, Pe
- •48.Физическое обоснование условий, необходимых и достаточных для подобия явлений одной природы
- •49.Вывод критериев подобия из рассмотрения уравнения нестационарного течения (уравнения Навье - Стокса)
- •50.Температурный фактор в критериальных формулах для описания конвективного теплообмена
- •51.Критериальные формулы для описания конвективного теплообмена при обтекании пластины
50.Температурный фактор в критериальных формулах для описания конвективного теплообмена
В число аргументов для описания
интенсивности конвективного теплообмена
при вынужденной и свободной конвекции
наряду с критериями Pe,
Re, Pr, Ra
входит и температурный фактор
.
Величина числа Нуссельта при одинаковом значении Pe (Re и Pr) или Ra зависит существенно от того, нагревается или охлаждается движущаяся среда у поверхности твердого тела.
Причем для нагревающейся жидкости число Нуссельта больше, чем для охлаждающейся. У газов же это влияние направления теплового потока (от стенки в движущуюся среду или наоборот) противоположно.
Если капельная жидкость омывает теплую поверхность, то самые теплые ее слои находятся у поверхности, их вязкость мала. Из-за этого мала толщина формирующегося пограничного слоя, а следовательно, мало и термическое сопротивление теплопереносу.
Если же капельная жидкость омывает холодную поверхность, то все будет обстоять противоположным образом, так как у жидкостей с понижением температуры вязкость возрастает.
У газов же с понижением температуры вязкость уменьшается и поэтому у них при равных Pe (Re и Pr) или Ra числа Нуссельта будут больше при охлаждении, чем при нагревании.
Предложены различные виды представления
температурного фактора
в структуре критериальных формул для
описания конвективного теплообмена.
В настоящее время рекомендованы к использованию в расчетной практике другие формулы:
а) для капельных неметаллических
жидкостей
,
где f
и W
– коэффициенты динамической вязкости
движущейся среды, выбранные по температурам
и TW
соответственно.
При нагревании жидкости полагают p = 0,11, а при ее охлаждении имеем p = 0,25;
б) динамическая вязкость газа
пропорциональна степенной функции
термодинамической температуры
~
При нагревании газа и 1,0 < TW
/
< 3,5 принимают s=0,5.
Вопрос о введении
в структуру критериальных формул при
охлаждении газов еще нуждается в
уточнении и для этого случая до сих пор
полагают
1.
Влияние отношения термодинамических
температур
на теплоперенос в газах и принято
называть температурным фактором..
51.Критериальные формулы для описания конвективного теплообмена при обтекании пластины
Во внешней задаче по мере удаления потока от передней кромки пластины формируются динамический и тепловой пограничные слои, профили скорости и температуры при этом перестраиваются.
Существенными для развития процесса являются мера отношения силы инерции к силе вязкостного трения, т.е. критерий Рейнольдса, и мера отношения конвективного потока тепла к потоку тепла, переносимого теплопроводностью, т.е. критерий Пекле. Поэтому критериальная зависимость для описания конвективного теплообмена в рассматриваемой ситуации должна иметь вид
.
При переходе ламинарного пограничного слоя в турбулентный, образуется скачок (возрастает коэффициент теплоотдачи ), и если пластина омывается высокотемпературным потоком газа, то скачком возрастает и температура поверхности. С ростом температуры материала уменьшаются все известные пределы прочности (на разрыв, на кручение и т.д.), и если конструкция «нагружена» в силовом отношении, то в точке x=xкр она может начать разрушаться.
Особенно актуальна эта задача для рабочих лопаток высокотемпературных турбин авиационных двигателей, на спинке (точка а) и на корытце (точка б) которых наблюдается явление перехода течения в пограничном слое из ламинарного в турбулентное.