ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ламинарный поток поглощающего газа, обтекающий пластину из "Проблемы теплообмена" В качестве последнего примера теплообмена в поглощающей среде рассмотрим совместное действие конвекции и излучения. Основное отличие этого процесса от рассмотренной задачи заключается в том, что среда движется по отношению к граничным плоскостям с заданным распределением скоростей. Процесс конвективного теплообмена можно разделить на две большие области теплообмен в каналах и при внешнем обтекании или в пограничном слое. Детальный анализ теплообмена в каналах для поглощающей среды, текущей между параллельными пластинами, выполнен Вискантой [22]. Внешняя задача — пограничный слой — нелегко поддается анализу, и настоящий раздел в основном посвящен теплообмену конвекцией и излучением в пограничном слое. [c.21] Совместное действие конвекции и излучения в ламинарном потоке, обтекающем пластину, рассматривал Сидоров [23], но решение им получено лишь в приближенном виде для асимптотического случая. Решения в предположении оптически тонкого слоя в ламинарном пограничном слое были получены различными авторами, например Хау [24], Кохом и Де-Сильвой [25]. Они предполагали, что газ (воздух при высокой температуре) внутри пограничного слоя только излучает, но не поглощает излучение. Такое приближение справедливо, когда поверхность и газ вдали от пограничного слоя относительно холодные. Висканта и Грош [26] получили результаты для оптически толстой среды при ламинарном потоке в щели. Их результат может считаться предельным для случая, когда пограничный слой имеет большую оптическую толщину. [c.21] Во многих случаях можно считать, что в пограничном слое поглощающих газов взаимодействие между конвекцией и излучением незначительно. Чтобы определить, при каких условиях можно пренебречь эффектом взаимодействия конвекции и излучения, рассмотрим расчет теплообмена в пограничном слое с учетом эффектов взаимодействия лишь в первом приближении. [c.21] Касаясь оценки величины согласно рис. 6, можно заключить, что результат, полученный в предположении оптически толстой среды, завышает вклад излучения, если среда не оптически толстая. В такой ситуации лучше для наших целей воспользоваться приближением для оптически толстой среды. [c.23] Висканта и Грош [26] называют комплекс 16 оТ 13а радиационной теплопроводностью. Безразмерную величину (38) можно в свою очередь назвать радиационным числом Пекле. [c.23] Предположим далее, что теплопроводность в жидкости играет существенную роль лишь в тонком слое, прилегающем к поверхности пластины, — в тепловом пограничном слое — и что этот пограничный слой оптически тонкий (т. е. Т8 = об 1). Оптически тонкий слой, однако, представляет собой лишь часть всего температурного поля, так как излучение от пластины будет проходить через этот слой без ослабления. Следовательно, необходимо рассмотреть не только указанный пограничный слой, но и прилегающие к нему слои потока жидкости, не являющиеся оптически тонкими, в пределах которых градиенты температур и эффекты теплопроводности можно считать незначительными. [c.23] Другими словами, предположим, что теплопроводность в потоке следует учитывать лишь в пределах теплового пограничного слоя, толщина которого мала по сравнению с длиной проникновения излучения. Примыкающая же к этому слою область потока будет радиационным слоем, толщина которого того же порядка, что и глубина проникания. Внутри этого слоя теплопроводностью можно пренебречь. Чтобы решить задачу в такой постановке, проще сначала определить поле температур в радиационном слое. Отсюда можно получить температуру на внешней границе теплового пограничного слоя и затем найти решение для этого слоя. [c.23] Второй член в правой части полученного выражения характеризует изменение температуры жидкости вследствие теплообмена излучением от пластины. Так как нас интересуют только эффекты первого порядка, то члены более высокого порядка в выражении (42) рассматривать не будем. [c.24] что Ть отличается от Гц,, является следствием пренебрежения теплопроводностью в пределах радиационного слоя. Можно считать, что решение для радиационного слоя в некотором смысле аналогично решению для потенциального потока, в котором потенциал скорости у поверхности используется в качестве граничного условия на внешней стороне гидродинамического пограничного слоя. [c.24] Сравнение этого выражения с формулой (32) показывает, что второй член в правой части уравнения (57) представляет собой поправку первого порядка к выражению (32) и что эта поправка зависит от оптической толщины пограничного слоя, но не зависит от Уравнение (32) получено в предположении, что поток жидкости изотермичен и имеет температуру Too, в то время как поправка первого порядка в формуле (57) соответствует распределению температур 0о(т1). Дальнейшее уточнение этого распределения на величину 0i(t)) 2(t) в соответствии с выражением (55) приведет к учету эффекта второго порядка в уравнении (57). [c.27] Первый член этого уравнения соответствует чисто вынужденной конвекции и сводится к уравнению (31) для Рг = 1,0. Можно видеть, что поправка, связанная с учетом эффекта излучения в первом приближении, зависит от значения 5 и не зависит от оптической толщины пограничного слоя. [c.27] Хотя численных результатов зависимости теплового потока от изменения параметра % к моменту написания этой статьи не имелось, полезно для иллюстрации привести предельный случай 1 (малые разности температур). Легко показать, что X 1 соответствует линеаризации излучения. [c.28] Рост конвекционного теплового потока при действии излучения можно объяснить изменением знака члена — dq /dx, характеризующего поглощение-или излучение. Например, если пластина более нагрета, чем поток (Та, . Too), то согласно уравнению (46) величина — dq ldx будет отрицательна вблизи поверхности и положительна у внешней границы пограничного слоя. Такимг образом, излучение создает как бы сток тепла в слоях жидкости, находящихся у поверхности пластины, что приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи. Для другого крайнего случая оптически толстого пристеночного слоя Висканта и Грош [26] показали, что увеличение конвективного теплообмена происходит лишь для Я- /г. [c.29] Вернуться к основной статье