Обтекание плоской поверхности

Рис. 2.

Имеем твердое тело, плоская поверхность которого находите при температуре t_w=0. Эта поверхность омывается потоком среды, температура которой t_f, скорость потока w_f.

Скорость движения среды на поверхности твердого тела равна нулю (гипотеза прилипания). По мере движения среды вдоль поверхности за счет сил вязкости происходит тормо­жение все новых и новых слоев среды, зона торможения постепенно распространяется вглубь потока. Так образу­ется пограничный слой. Пограничным слоем называется слой возму­щенной среды, прилегающей к поверхности твердого тела. Возмущение сказывается двояким образом:

1) в уменьшении скорости потока от значения w_f вдали от тела до нулевой величины на поверхности тела,

2) в изменении температуры от температуры среды t_f до значения t_w на поверхности тела.

Соответственно этому, различают динамический и тепловой пограничные слои. Для газов толщина этих слоев практически одинакова, а профили скорости и температур геометрически подобны (на рис. 2. они совпадают). При x<x_кр течение в слое носит ламинар­ный характер, при x>x_кр наступает турбулентный режим течения. Вблизи поверхности тела скорость потока мала, поэтому под турбулентным слоем всегда существует тонкий слой ламинарного тече­ния - ламинарный подслой (вязкий слой).

В ламинарном пограничном слое передача тепла q происходит в направле­нии, перпендикулярном движению. Поэтому конвективная передача тепла в направлении поперек слоя отсутствует, теплообмен происходит только засчет теплопроводности (и излучения). В этом случае холодный пограничный слой играет роль термического сопротивления, препятствующего передаче тепла. С увеличением толщины слоя сопротивление его растет, горя­чая среда отжимается от поверхности и коэффициент теплоотдачи падает.

В турбулентном слое за счет вихревого перемешивания растет снова. Среднее по поверх­ности _ср определяется по критериальной зависимости (1), для ламинарного движения при

Рис. 3.

x<x_кр, и для турбулентного режима - если x>x_кр.

Величина x_кр определяется по значению Re_кр:

.

В качестве характерного размера используется длина поверхности l.

Рис. 4.

С увеличением скорости набегающего потока зона торможения не успевает распространиться вглубь потока и толщина пограничного слоя уменьшается. Это приводит к усилению теплообмена и уве­личению коэффициента теплоотдачи.

Date: 2015-07-24; view: 346; Нарушение авторских прав