Конвекция нестационарная

Псу1уче11ные критерии N11, Ро и Ре являются критериями теплового подобия. Критерий Нуссельта характеризует интеисивность теплообмена на границе раздела фаз. Критерий Фурье характеризует связь между скоростью изменения температурного поля, размерами и физическими характеристиками среды в нестационарных тепловых процессах. Критерий Пекл( характеризует отношение количеств тепла, распространяемых в потоке жидкости конвекцией и теплопроводностью. [c.136]

При дальнейшем рассмотрении пренебрегали влиянием естественной конвекции, так как в условиях эксперимента оно было невелико. Предположив наличие застойных зон и нестационарный обмен трассером между ними и подвижным потоком, получили выражение для Ре в следующем виде [c.193]

В нестационарной теории считается, что тепловая конвекция значительна, концентрации и температуры внутри сосуда выравнены и имеют какие-то средние по всему сосуду значения, изменяющиеся во времени. В уравнении баланса тепла учитывается отдача тепла стенкам. В случае воспламенения после периода индукции наблюдается резкое повышение температуры во времени до тех пор, пока не израсходуются запасы реагирующих веществ. [c.115]

Фрумкиным было показано, что благодаря большому дипольному моменту молекул воды электрический потенциал фо на поверхности капелек водяного тумана может достигать 250 мВ. Согласно выражению (X—3), при оседании частиц с м и т 5-10-з г при п 10 ° частиц/мз (что характерно для кучевых облаков), т] иТ-Ю- пуаз (1,7-10- Па-с), юл 4-10- См/м могут возникать электрические поля с напряженностью Е порядка киловольт на см. В нестационарных условиях (при конвекции) значения Е могут быть выше и достигать значений, при которых происходит пробой воздуха электрическим зарядом — молния. [c.273]

В первых семи главах описаны наиболее простые фундаментальные механизмы процессов, возникающих в стационарных и нестационарных внешних течениях, вызванных переносом тепла и массы. Гл. 8 и 9 характеризуют более высокий уровень сложности, при котором учитывается влияние существенных или аномальных изменений физических свойств жидкости. В гл. 10 рассматривается смешанная конвекция во внешних и внутренних течениях. Гл. 11 и 12 посвящены неустойчивости, переходу и турбулентному переносу во внешних течениях. Гл. 13, в которой изучаются неустойчивые стратифицированные слои жидкости, является подготовительной для гл. 14, где рассматривается перенос в замкнутых и частично замкнутых емкостях. В гл. 15 обсуждаются внешние и внутренние течения в пористой среде. В гл. 16 представлены явления, связанные с поведением неньютоновских жидкостей. Наконец, в гл. 17 собрана информация о центробежных и других силовых полях, о влиянии хаотических воздействий и излучения, а также изучены сопутствующие эффекты и производство энтропии. [c.10]

Во многих процессах конвекции возникают изменения температуры, скорости и, возможно, концентрации химических компонентов по времени. Подобные изменения часто наблюдаются как в процессах, происходящих в окружающей среде, так и в целом ряде технологических и промышленных приложений. Многие циркуляционные течения, возникающие в атмосфере, естественных бассейнах или океане, представляют собой нестационарные течения различной периодичности, создающиеся в результате суперпозиции многочисленных внутренних процессов. В технологии нестационарные процессы практически всегда возникают при запуске и прекращении работы промышленных установок. В ходе таких процессов могут создаваться опасные режимы работы и с этой важной проблемой следует считаться. Характерным примером может служить рабочий объем ядер-ного реактора, в котором забросы температуры при переходных процессах могут стать критическими для элементов конструкции. Те же соображения важны и для электрического оборудования и электронных приборов, охлаждаемых естественной конвекцией. [c.434]

Нестационарные свободноконвективные течения подразделяют на два общих класса — внутренние и внешние течения. Внутренние течения создаются в объеме жидкости, частично или полностью ограниченном твердыми стенками. Эти течения, как стационарные, так и нестационарные, рассмотрены в гл. 14. Стационарные внешние течения в неограниченной среде были описаны в предыдущих главах. Некоторые из этих течений, в которых происходит изменение параметров по времени, рассматриваются ниже. Движущим потенциалом подобных течений является изменение температурных или энергетических условий или местные неравномерности плотности, обусловленные градиентами концентрации химических компонентов. Внешние нестационарные течения классифицируются по геометрии задачи и по движущему механизму конвекции. [c.434]

Аналогичный анализ был выполнен в работе [27], где рассматривались различные законы нагрева, включая линейный рост температуры стенки и синусоидальное изменение плотности теплового потока на поверхности. В работах [37, 38] были рассмотрены те же условия с добавлением влияния отсоса на стенке. В работах [47, 48] проведен анализ нестационарного течения в условиях естественной и вынужденной конвекции около бесконечной вертикальной плоской поверхности при переменной интенсивности отсоса, колеблющейся температуре стенки и наличии массообмена. Работа [28] была посвящена исследованию влияния переменности теплофизических свойств жидкости на характеристики переходного процесса опять-таки в режиме одномерной теплопроводности. [c.440]

Эти уравнения были решены численно методом характеристик. Вновь установлено, что при малых временах преобладает процесс одномерной теплопроводности до тех пор, пока в рассматриваемой точке не начнет сказываться влияние передней кромки. Затем продолжается переходный процесс, включающий нестационарную конвекцию, пока в конце концов не будет достигнуто стационарное состояние. Было установлено, что в случае изотермической стенки продолжительность первой стадии (режима одномерной теплопроводности) Т1 и продолжительность всего переходного процесса до достижения стационарного состояния Т2 выражаются соотношениями [c.441]

При промежуточных значениях теплоемкости элемента стенки создается истинный режим нестационарной конвекции. В этом случае в течение большей части переходного процесса все члены в уравнениях имеют одинаковый порядок, т. е. все основные эффекты имеют примерно одинаковое значение. Таким образом, существуют три типа переходных процессов в зависимости от с [c.444]

В работе [14] представлены результаты расчета длительности одномерного режима изменения скорости и теплового потока в течение переходного процесса в каждой точке области расчета до момента начала влияния передней кромки. Считалось, что влияние передней кромки имеет форму волны, начинающейся на передней кромке и распространяющейся по течению. Предполагалось, что во всех точках, находящихся ниже по потоку от этой волны, осуществляется режим одномерной теплопроводности, а выше по потоку от нее — режим действительно нестационарной конвекции, при котором двумерные поля скорости и температуры зависят от х, у я т. [c.447]

Если осуществляется нагрев цилиндра, расположенного в бесконечной покоящейся среде, то происходит переходный процесс, аналогичный наблюдаемому для плоского вертикального элемента. Сначала доминирует одномерная теплопроводность в жидкости. Затем до рассматриваемой точки распространяется влияние передней кромки. Далее может преобладать действительно нестационарная конвекция, пока не будет достигнуто стационарное состояние. В монографии Карслоу и Егера [3] приведено решение для режима нестационарной одномерной теплопроводности для цилиндра радиуса R с конечной теплоемкостью. [c.463]

В работе [11] представлены результаты экспериментального исследования нестационарной естественной конвекции около тонкого вертикального цилиндра. Величина D/L изменялась в диапазоне 1,15-10 — 4,56-10 . Эксперименты проводились в воздухе и силиконовом масле. Результаты измерения нестационарного изменения температуры при малых временах удовлетворительно согласуются с рассмотренным ранее решением для режима теплопроводности (рис. 7.3.1). Однако затем при приближении к стационарному состоянию экспериментальные данные отклоняются вниз от расчетной зависимости. [c.464]

Кроме нестационарных течений, рассмотренных в предыдущих разделах, в дальнейших главах будут описаны некоторые другие важные классы переходных процессов. В гл. 9 рассматриваются нестационарные явления, возникающие при плавлении льда. Представлены результаты экспериментальных исследований и численных расчетов характеристик течений около вертикальных и горизонтальных поверхностей. Хотя все процессы замерзания и плавления льда являются нестационарными, многие из них можно считать квазиустановившимися, если выбрать соответствующий масштаб времени. В гл. 10 обсуждаются нестационарные процессы при смешанной конвекции около плоской вертикальной поверхности, рассеивающей тепло. Рассматриваются несколько видов течения, соответствующих различным тепловым потокам, полям скорости, начальным условиям и жидкостям. В гл. И описывается нестационарный переход к турбулентному режиму течения и исследуется развитие во времени нескольких механизмов перехода. Кроме того, представлен обзор методов расчета линейной устойчивости неустановившихся течений. Проведено сравнение различных подходов и рассмотрен вопрос о том, какие из них наиболее эффективны для нескольких конкретных течений. [c.468]

Для нагреваемой вертикальной поверхности, расположенной в воздухе с температурой 20 °С, при ступенчатом изменении подводимого теплового потока найти длительность режима одномерной теплопроводности и режима нестационарной конвекции. Высота поверхности 30 см, теплоемкость 102 Дж/(м -К) на сторону, а плотность подводимого теплового потока составляет 63 Вт/м на сторону. Потерями тепла на излучение стенки пренебречь. [c.469]

Результаты измерения профилей температуры и солености показали, что существуют три различные области конвекции. Непосредственно к поверхности льда снизу примыкает узкая область пограничного слоя толщиной около 6 см. Поперек этого слоя соленость линейно возрастает от 18%о у поверхности льда до 37,6 %о. Ниже пограничного слоя располагается область нестационарной конвекции, обусловленной двойной диффузией. [c.568]

Предложено несколько различных подходов, позволяющих использовать линейную теорию устойчивости для исследования нестационарных течений при естественной и вынужденной конвекции. Если возмущения развиваются быстрее, чем основное течение, то последнее можно считать квазистационарным, как это было сделано в работах [30, 96, 113, 135, 155]. В этом случае нет необходимости задавать начальные условия. Однако постановка задачи в таком виде неприемлема при анализе устойчивости импульсно развивающихся течений. [c.147]

Мантийная конвекция - нестационарный процесс и она все время сопровождается структурными перестройками. Теоретические выводы [116] и численные эксперименты подтверждают возникновение одноячеистых конвективных структур в мантии, которое сопровождалось некоторым усилением общего конвективного массообмена, а, следовательно, увеличением скорости движения плит [122]. Но при возникновении одноячеистых конвективных структур в мантии формируются единые суперконтиненты. Следовательно, можно предположить, что в моменты их формирования, т.е. приблизительно 2,6 1,8 1,1 и 0,3 млрд лет назад, наблюдались и соответствующие всплески тектонической активности Земли. Следующий такой всплеск, согласно расчетам, может произойти примерно через 550 млн лет. [c.267]

При теоретическом исследовании устойчивости и циркуляции жидкости в пористой среде [20] принималась квазигомогенная модель горизонтального слоя, ограниченного плоскими изотермическими поверхностями и заполненного несжимаемой жидкостью, близкой по своим свойствам (прежде всего, по теплопроводности) к зернистому слою. Получено критичёское значение Rao = 4n 40, при котором нарущается устойчивость жидкости в слое. Это значение подтверждено в опытах. Как известно, для однофазной среды в горизонтальном слое аналогичная величина (ОгРг)о = 1700 [22, стр. 361]. Теоретически и экспериментально показана возможнос гь существования двухмерной конвекции, когда конвективные токи им ют вид чередующихся по направлению движения цилиндрических валиков. С увеличением критерия Ra устанавливается трехмерная конвекция, характеризующаяся образованием призматических щестиугольных ячеек с щириной примерно вдвое большей, чем высота. Внутри ячеек жидкость движется йверх, а на границах — вниз [19]. Подобная картина циркуляции в горизонтальных прослойках жидкости известна [12,21]. При Ra > 200—400 конвекция в пористой среде становится хаотической, нестационарной [19]. [c.109]

А. Тепло- и массопереиос к твердым телам и жидким средам прн внешнем обтекании тел и течении в каналах, при вынужденной и естественной конвекции. Перенос теплоты к твердым телам и жидким средам при ламинарном течении с заданными граничными условиями или условиями сопряжения полностью описывается законом теплопроводности Фурье, если только тепловые потоки не превышают своих физических пределов (фононный, молекулярный, электронный перенос н т. д.). Возможность решения сложных задач в большей или меньшей степени зависит только от наличия необходимой вычислительной техники. Для расчета ламинарных течений, включая и снарядный режим, к настоящему времени разработано достаточно много стандартных про1-рамм, и их число продолжает непрерывно увеличиваться. Случай движущихся тел включает в себя также и покоящиеся тела, так как координатную систему можно связать с телом и, таким образом, исключить относительное движение. Поэтому методы расчета теплопередачи к твердым телам и жидким средам при их ламинарном течении полностью аналогичны. Единственным фактором, влияющим на тепловой поток как при нестационарном нагреве твердого тела, так и при квазистационар-ном ламинарном течении, является время контакта. Хотя часто коэффициент теплоотдачи нри ламинарном течении представляется как функция скорости, необходимо обязательно помнить, что скорость течения есть только мера времени контакта или времени пребывания среды в теплообменнике. Эта концепция обсуждалась в 2.1.4, где было показано, каким образом и — а-метод, используемый обычно для описания ламинарного теплообмена, можно применить и для расчета нестационарного теплопереноса а твердом теле. В разд. 2.4 эта концепция получает даль- [c.92]

Если растчор не перемешивается и конвекция отсутствует, то диффузия нестационарная. [c.396]

Накопленные к настоящему времени в литературе по этим вопросам данные связаны в основном со следующими четырьмя проблемами 1) влияние адсорбции ПАОВ в условиях нестационарной диффузии на протекающие с его участием электрохимические процессы (адсорбционные предшествующие и последующие волны) 2) влияние адсорбции электрохимически инактивного ПАОВ на диффузионные процессы у твердого электрода в стационарных условиях 3) влияние адсорбции не участвующих в электродном процессе ПАОВ на скорость конвективных потоков у поверхности жидкого электрода в условиях, когда причина возникновения конвекции не связана с адсорбцией ПАОВ (полярографические максимумы первого и второго рода) 4) возникновение в определенных условиях при адсорбции ПАОВ спонтанных тангенциальных движений поверхности жидкого электрода (полярографические максимумы третьего рода). [c.124]

Численное моделирование переходных и турбулентных режимов конвекции. В этом пункте мы вновь вернемся к задаче, рассмотренной в п. 6.8.1, но будем изучать ее при больших числах Грасгофа, в турбулентном режиме конвекции. При изучении турбулентных движений традиционным является представление мгновенного значения скорости (или скалярной компоненты — температуры, концентрации) в виде ее среднего значения ы некоторого отклонения от среднего (пульсации). Использование такого представления в исходных нестационарных уравнениях гидродинамики, записанных относительно мгновенных значений (с учетом ряда дополнительных соотношений, известных под названием постулатов Рейнольдса) приводит к уравнениям относительно средних значений, в которых в выражение для тензора напряжений включены различные соотношения, связывающие пульсации скорости (дисперсии, корреляции скорости и т. д.) (см., например, [20], [25]). При этом осреднеиные уравнения оказываются незамкнутыми и одной из проблем расчета турбулентных течений является проблема замыкания — нахождения недостающих связей между характеристиками осредненного и пульсационного движений. Основной недостаток такого рода методов состоит в необходимости использования большого объема эмпирической информации, что уменьшает ценность теоретического исследования. Одни1к из путей для преодоления этих противоречий в разработке теории и методов расчета турбулентных течений является попытка вернуться к численному решению исходных нестационарных уравнений Навье — Стокса. [c.219]

Простейший вариант основной схемы, рассматривавшийся в 6.3—6.5, применялся для решения задач о течении однородной песжимаемой жидкости в работах Т. В. Кусковой [6]. Использовались симметричная аппроксимация на равномерной сетке и граничные условия типа (6.5.6), (6.5.7). В специальных методических расчетах получено, что основной причиной неустойчивости отой схемы являются приближенные граничные условия для вихря. Этот вариант схемы применялся в работе [6] для решения внутренних и впешпих стационарных задач однородной изотермической жидкости (и отчасти задач конвекции в [10]). В дальнейшем близки11 вариант этой схемы широко использовался в работах [11] — [13] для решения нестационарных задач конвекции. Успех расчетов ио схемам этого типа в значительной степени определяется правильным выбором сеточных параметров, которые зависят также и от конкретной.задачи (класса задач), п от значений критериев подобия. Наиболее полно методические эксперименты на этом этапе выполнены в работах [6], [И]. Отметим также ряд [c.247]

Метод конечных элементов применяется к решению двумерных и трехмерных нестационарных уравнеппй Навьо — Стокса несжимаемой жидкости в работе [Ш]. В работе [112] методом конечных элементов изучается классическая задача о конвекции в квадратной областп, подогреваедюй сбоку. [c.256]

В последние годы появляются новые работы, посвященные численному изучению турбулентных режимов конвекции па основе прямого рещепия нестационарных уравпсиип Навье — Стокса, [c.256]

Полежаев В. И., Вальциферов 10. В. Численное исследование нестационарной тепловой конвекции в цилиндрическом сосуде при боковом подводе тепла.— В кн. Некоторые применения метода соток в газовой динамике, вып. III.— М. Изд. МГУ, 1971. [c.257]

На основе изложе1Нного может быть сформулировано обобщенное уравнение энергии с учетом различных видов теплообмена (лучеиспускание, конвекция, теплопроводность), связанных с движением среды, наличием источников и стоков тепла, нестационарности режима и работы объемных сил и сил трения. Задача о лучистом теплообмене, таким образом, является частным случаем этой весьма широкой постаповки вопроса. Определение отдельных функций, входящих в общее уравнение энергии, строго математическим путем пока представляет непреодолимые трудности. В частности, при решении задач по лучистому теплообмену необходимо знать температурное поле и поле коэффициентов поглощения. Первое из них является результатом одновременно протекающих процессов тепловыделения и теплоотдачи, связанных с процессами горения и движения среды, т. е. с явлениями как кинетического, так и диффузионного характера, чаще всего не поддающихся точному математическому описанию. [c.271]

Акаги [6] исследовал методом малых возмущений влияние кривизны на параметры переноса тепла от цилиндра. Найдено, что при числах Прандтля, близких к 1, это влияние,невелико, если Ра > 10 . Показано, что при Рг 1 и Рг С 1 кривизна оказывает влияние на теплообмен даже при очень больших числах Грасгофа. Гупта и Поуп [66] рассчитали также влияние кривизны в условиях нестационарной естественной конвекции в течение начального переходного периода, возникающего при внезапном нагреве кругового цилиндра. Показано, что кривизна увеличивает поверхностное трение и теплоотдачу от цилиндра. [c.265]

Нестационарная естественная конвекция вдоль изотермической вертикальной пластины при совместном действии концентрационного и термического механизмов конвекции исследовалась в работе [15] и будет подробнее рассмотрена в гл. 7. Кроме того, изучались характеристики устойчивости плоских течений в условиях совместной термоконцентрационной конвекции [14] результаты подобных исследований будут обсуждаться в разд. 11.9. Обзор результатов указанных выше и дру- [c.360]

Приведенные расчетные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными работы [23], в которой проводилось исследование естественной конвекции около плоской вертикальной платиновой фольги толщиной 0,0127 мм, которая внезапно нагревалась путем пропускания по ней электрического тока. Цель заключалась в создании приблизительно ступенчатого изменения плотности теплового потока на поверхности. Температура стенки измерялась с помощью прикрепленных к поверхности медьконстантановых термопар с термоэлектродами диаметром 0,0508 мм. В качестве важного результата следует отметить наличие минимума коэффициента теплоотдачи в ходе нестационарного процесса. [c.442]

Рис. 7.2.3, Интерферограммы в различные моменты времени при нестационарной естественной конвекции Gr = 3,98-10 , Р= 1,68 МПа. (С разрешения авторов работы [121. 967, ASME.)

В работе [2] проведен численный расчет нестационарной естественной конвекции около изотермической поверхности при наличии массообмена. Применялась явная конечно-разностная схема, аналогичная использованной в работах [17, 39], Ингем [20] указал, что в некоторых условиях эта конечно-разностная схема может приводить к неточным результатам в промежуточной части переходного процесса, по окончании режима одномерной теплопроводности и до достижения стационарного состояния, В работе [4] нестационарные эффекты исследовались методом возмущения силы тяжести и температуры стенки относительно стационарного решения, Нанда и Шарма [31] получили [c.461]

В гл. 12 рассматриваются некоторые течения, нестационарные по своей природе, например переходный процесс на начальных стадиях развития факелов при термической конвекции. Описаны также термики или изолированные объемы жидкости, поднимающиеся вверх и расширяющиеся из-за подсасывания окружающей среды. Хотя изучению нестационарных турбулентных течений со свободной границей посвящено очень немного аналитических работ, приводятся некоторые интересные данные измерений и визуализационных исследований. В гл. 14 представлены результаты численного расчета переходных процессов, возникающих при охлаждении воды ниже температуры, соответствующей максимуму ее плотности, а также рассмотрены другие переходные процессы во внутренних течениях. Результаты исследований нестационарных явлений в насыщенных влагой пористых средах для нескольких типов течений обсуждаются в гл. 15. [c.468]

Остроумов Г. А. Нестационарная тепловая конвекция около горизонтального цилиндра. — ЖТФ, т. XXVI, вып. 12, с. 145 (1956). [c.471]

В работе [111] экспериментально исследован нестационарный переход при естественной конвекции около плоской вертикальной поверхности, нагреваемой постоянным тепловым потоком. Поле температуры визуализировалось с помощью интерферометра, что позволило наблюдать сложную картину нестационарного перехода к турбулентности. В случае низкой плотности теплового потока течение, турбулизовавщееся во время периода установления, реламинаризуется. С увеличением тепловой нагрузки не происходит обратного перехода к ламинарному режиму течения. Результаты этого исследования показывают, что при промежуточных значениях плотности теплового потока область перехода перемещается с течением времени, пока не достигнет конечного стационарного положения. В работе [80] было установлено, что при естественной конвекции воды возникает много режимов и различных механизмов развития возмущения и процесса перехода. [c.146]