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 T_W 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 < T_W / < 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=x_кр 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.