3.4.3. Влияние на теплоотдачу необогреваемого начального участка

Стенка омывается потоком жидкости

х- расстояние до

обогреваемого участка

В данном случае имеет место неодновременное развитие гидродинамического и теплового пограничного слоев, что влияет на коэффициент теплоотдачи . Вводится поправка:

;

.

Это уравнение для определения местных коэффициентов теплоотдачи.

В числа подобия подставляется координата , отсчитываемая от начала обогреваемого участка:

.

3.4.4. Теплоотдача при турбулентном пограничном слое

Схема строения турбулентного пограничного слоя:

А – внешняя область толщина слоя -

_II Б – пристенная

область

Около стенки сохраняется небольшой вязкий подслой:

I – вязкий подслой,

II – промежуточный слой

Толщина турбулентного слоя :

,

где x – толщина от начала пластины.

Опыты показывают сложность движения в турбулентном слое.

Вязкий подслой не имеет строго ламинарного течения вдоль стенки, в него проникают пульсации, границы подслоя четко не определены.

Пристенная область составляет 20% толщины пограничного слоя.

Внешняя граница турбулентного пограничного слоя также непрерывно пульсирует.

Получено, что изменение скорости в вязком подслое соответствует линейному закону.

,

где - количество движения, импульс,

- скорость потока

- гравитационная постоянная.

В пристенной турбулентной части пограничного слоя – логарифмическое распределение скорости.

Толщина вязкого ламинарного подслоя определяется:

,

где - коэффициент кинематической вязкости.

Аналогично вязкому подслою непосредственно у стенки можно выделить тепловой подслой. Он характеризуется преобладанием переноса теплоты теплопроводностью над турбулентным переносом. Так как перенос теплоты осуществляется теплопроводностью, то изменение температуры по толщине теплового подслоя описывается уравнением прямой (как для плоской стенки)

Ввиду интенсивного турбулентного переноса толщины теплового и динамического пограничного слоев Ки практически совпадают.

При Pr = 1 K=

Pr > 1 K > - теплота переносится и теплопроводностью и пульсациями.

Тепловой пограничный подслой является основным термическим сопротивлением.

- число Стантона, выражает аналогию переноса теплоты и количества движения. Его используют для определения коэффициента теплоотдачи.

Теплоотдачу при турбулентном движении можно рассчитать следующим образом, определив по уравнению подобия число Нуссельта.

Для жидкости текущее значение определяется из следующего уравнения подобия:

.

Определяющим размером является координата x – расстояние до рассматриваемой точки.

Для среднего значения коэффициента теплоотдачи уравнение подобия примет следующий вид:

.

Определяющим размером является длина пластины l.

Поправка на газы не распространяется.

Если режим движения жидкости меняется, то изменение коэффициента теплоотдачи по длине пластины изобразится следующим образом:

а- ламинарный режим;

б- переходный режим;

в- турбулентный режим.

xx

1 – ламинарный режим течения;

2 – смешанное течение.