Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Яна.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
699.9 Кб
Скачать

111. Что характеризует критерий Нуссельта?

Ответ: Критерий Нуссельта один из основных критериев подобия тепловых процессов, характеризующий соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности (в условиях неподвижной среды)

,

(где l – характерный размер тела, омываемого конвективным потоком).

При конвективной теплоотдаче основной задачей является определение коэффициента теплоотдачи . Поэтому опытные данные обычно обрабатывают в виде критериальных уравнений, а именно:

или

.

112. Что такое определяющая температура и определяющий размер?

Ответ: Выбор определяющего размера также оговаривается в примечании к уравнению. Определяющими размерами могут быть диаметр (для труб, сфер), высота участка (для вертикальных труб и плит), наименьший размер (для горизонтальных плит), толщина слоя жидкости. Для труб и каналов некруглого сечения в качестве определяющего размера используется эквивалентный диаметр dэкв

В качестве определяющей температуры используют главным образом среднюю температуру жидкости tж, реже - среднюю температуру пограничного слоя tm, и еще реже - среднюю температуру стенки tст. Средняя температура пограничного слоя определяется как tm=0,5(tж+tст).

113. Почему при обтекании стенки жидкостью в непосредственной близости от поверхности стенки температурный градиент резко увеличивается?

Ответ: Наряду с динамическим пограничным слоем в потоке может быть тепловой пограничный слой, который представляет собой слой жидкости, где температура меняется от температуры стенки до температуры среды во внешнем потоке. Тепловой пограничный слой характеризуется большим поперечным градиентом температуры, под действием которого и происходит процесс распространения теплоты. Различают динамический и тепловой пограничные слои. Динамическим пограничным слоем называют пограничный слой жидкости, характеризующийся большим градиентом продольной составляющей скорости.

При обтекании твердого тела потоком жидкости или газа вблизи поверхности благодаря силам вязкости происходит резкое уменьшение скорости, и на поверхности тела она становится равной нулю. Слой жидкости, в котором скорость движения изменяется наиболее существенно, называется динамическим пограничным слоем.

Указанные несоответствия объясняются тем, что, как бы мала ни была роль трения во внешнем потоке вдалеке от омываемой поверхности, вблизи последней силы вязкости становятся соизмеримыми с другими силами. Тонкая зона, внутри которой скорости относительно поверхности падают до нуля и где все более преобладающее значение получают силы, тормозящие движение, называется динамическим пограничным слоем. Закономерности развития пограничного слоя таковы, что в условиях возрастающего вниз по течению давления он теряет способность стелиться вдоль поверхности и отрывается от нее, уступая место вихревым образованиям в кормовой области тела. Не касаясь всей картины течения в целом, теория пограничного слоя рассматривает явления безотрывного обтекания тел.

Рассмотрим процесс образования пограничного слоя при продольном обтекании поверхности тела потоком жидкости. У самой поверхности частички жидкости прилипают к твердому телу и их скорость движения равна нулю. Этот прилипший к поверхности слой жидкости имеет бесконечно малую толщину. Около «прилипшего», слоя жидкости вследствие действия сил вязкости образуется слой заторможенной жидкости толщиной б, в котором скорость изменяется от нуля до скорости потока вдали от тела, т. е. до скорости внешнего потока. Этот слой заторможенной жидкости около поверхности называют динамическим пограничным слоем.

Как следует из детального анализа процесса перемешивания и горения, в турбулентном пламени в следе на некотором расстоянии от стабилизатора могут оказаться небольшие количества избыточного кислорода или горючего, если состав смеси в основном потоке является бедным или богатым соответственно. Эти реагирующие вещества в следе вступают в реакцию и увеличивают скорость тепловыделения в критическом объеме зажигания. Следовательно, горячий циркулирующий вихрь, протекая над соответствующей поверхностью стабилизатора, доставляет стабилизатору тепло. Это тепло теплопроводностью передается в верхнюю часть стабилизатора и нагревает слой предварительно перемешанной смеси, которая, перемещаясь по дуге в 80° от передней критической точки до точки отрыва, участвует в процессе формирования пограничного слоя. В результате образуется тепловой пограничный слой, который после отрыва образует с динамическим пограничным слоем соответствующую комбинацию свободных теплового и динамического слоев.

Опыт показывает, что в потоках вязких жидкостей или газов около поверхности твердого тела или у границы двух потоков жидкости, движущихся с разными скоростями, действие сил вязкости в разных областях течения проявляется неодинаково. Оно проявляется заметно там, где возникают большие поперечные градиенты скорости и, как следствие, касательные напряжения велики. По мере увеличения расстояния от стенки действие сил вязкости ослабевает и становится исчезающе малым на сравнительно небольшом удалении. В обычных условиях течения скорость частиц жидкости относительно обтекаемой поверхности и на самой поверхности равна нулю *; с увеличением расстояния от стенки она быстро увеличивается, приближаясь к скорости внешнего потока MI, где поперечные градиенты скорости практически равны нулю, а касательные напряжения, возникающие вследствие трения, пренебрежимо малы. Течение в области, удаленной от поверхности, можно считать совпадающим с потенциальным течением идеальной жидкости и применять к нему закономерности теории идеальной жидкости. Эту область называют потенциальным или внешним потоком. Тонкий слой жидкости, прилегающий к поверхности обтекаемого тела и заторможенный вследствие трения, называют динамическим пограничным слоем. В пределах пограничного слоя касательное напряжение от трения очень велико даже при малой вязкости жидкости, поскольку очень велик градиент скорости в направлении, перпендикулярном поверхности тела. Во внешнем потоке инерционные силы преобладают над силами вязкости, поэтому уравнения Навье — Стокса переходят в уравнения движения идеальной жидкости.