Как при вынужденном, так и при свободном движении среды около поверхности твердого тела, в результате эффекта “прилипания” молекул вблизи поверхности возникают большие градиенты скорости. Поток среды условно можно разделить на динамический пограничный слой и ядро. Толщина пограничного слоя по ходу потока различна. Так при набегании его на пластину, независимо от режима течения, на поверхности возникает ламинарный слой, толщина которого увеличивается (рис. 19). На некотором расстоянии х к1 от переднего края пластины во внешней части пограничного слоя возникает турбулентное течение, и только у самой поверхности остается тонкий слой ла-минарно движущейся среды – ламинарный (вязкий) подслой. Тол-щина турбулентного прграничного слоя по длине пластины увеличивается примерно пропорционально х0,8 . Изменение скорости потока происходит в основном в ламинарной части слоя.
Изменение температуры среды в основном происходит также вблизи обтекаемой поверхности, в слое, который называют тепловым пограничным слоем. Передача тепла от поверхности к среде, или наоборот, происходит в пределах теплового погранич-ного слоя, потому что за его пределами grad t @ 0. В пределах ядра потока , вследствие турбулентности, происходит почти полное выравнивание температуры.
Таким образом, в ядре потока перенос энергии осуществляется за счет конвективной диффузии, происходит преи-мущественно перенос энтальпии, а в пограничном ламинарном слое или подслое - теплопроводностью.
При вынужденном движении среды в канале пограничный слой не можнт свободно развиваться по всей длине канала, так как поперечное сечение последнего всегда ограничено. Поэтому на некотором расстоянии от входа пограничные слои смыкаются, поле скоростей стабилизируется (рис. 20). Расстояние от входа в канал до сечения, в котором пограничные слои смыкаются, называется участком гидродинамической стабилизации.
Возможны три варианта стабилизации:
1. Участок гидродинамической стабилизации находится в пределах ламинарного пограничного слоя. В этом случае в канале по всей его длине за точкой смыкания пограничных слоев устанавливается ламинарный режим течения.
2. Смыкание пограничных слоев происходит в области турбулентного ргрничного слоя. В этом случае за участком стабилизации по всей длине канала устанавливается турбулентный режим течения с ламинарным подслоем.
3. Если точка смыкания находится на участке х к1< х < х к2 ( рис. 20), то в канале устанавливается переходный режим течения.
Как известно из механики жидкостей и газов, характер течения потока в прямом канале определяется величиной числа Рейнольдса: при Re £2300 – ламинарный режим, при Re ³ 104 – турбулентный развитый, при 2300 < Re < 104 – переходный.
Подобным же образом происходит вознкновение и развитие теплового пограничного слоя. Толщина его в области турбулент-ног течения примерно одинакова с толщиной гидродинамического слоя. Основное изменение температуры потока происходит в ламинарном подслое, за счет его теплопроводности. В этом слу-чае плотность теплового потока на стенке канала в конечных величинах можно записать в виде
q = (l п/d т) ( t с– t п ).
Здесь l п , t п – теплопроводность и температура потока вдали от стенки;
d т – толщина теплового пограничного слоя;
t с – температура стенки.
Как видно из формулы, q тем меньше, чем больше d т (при прочих равных условиях). Поэтому теплоотдача по длине канала неодинакова.
На характере течения потока скзывается свободное движе-ние (рис. 21), направление которого зависит от подвода или отвода тепла.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.