Стратификация среды

Экспериментальные исследования внешней естественной конвекции обычно выполняются в жидких объемах конечной протяженности. Поэтому можно предположить, что с течением времени механизмы теплопередачи приводят к тепловой стратификации среды. На некотором удалении от источника тепла возникает также циркуляционное течение, компенсирующее течение, индуцированное выталкивающей силой. Поэтому необходимо ограничивать длительность экспериментов, чтобы можно было пренебречь влиянием тепловой стратификации и циркуляции. Размеры экспериментальной установки также определяются этими соображениями таким образом, чтобы получить адекватные условия в объеме окружающей жидкости. Детальное изучение этих явлений очень затруднительно, так как они определяются переходным процессом внутренней естественной конвекции. Аналогичные соображения относятся также к некоторым задачам, представляющим практический интерес, например к охлаждению электронной аппаратуры, находящейся в замкнутом объеме. Некоторые относящиеся к этому вопросу работы описаны в гл. 14. [c.153]

Здесь /гу — вертикальный масштаб турбулентных вихрей, g — ускорение в поле тяжести. Знак О означает, что данная величина рассматривается в условиях безразличной стратификации среды. [c.460]

Напомним, что приведенное выше обсуждение было вызвано введением уравнения (3.58). В случае небезразличной стратификации среды коэффициент турбулентной диффузии Кт параметризуется следующим образом [c.97]

Даже в ограниченных рамках ламинарных течений, вызванных только переносом тепла, выполнены значительные исследования важных дополнительных эффектов. В прикладных задачах условия, наложенные, например, на температуру поверхности, погруженной в покоящуюся окружающую среду, и саму среду, отличаются часто настолько, что в области диффузионной передачи тепла вязкость и теплопроводность жидкости заметно изменяются. Указаны пути учета этих эффектов, а также эффектов, возникающих из-за стратификации плотности в окружающей среде, образующейся вследствие изменения температуры в вертикальном направлении. Стратификация оказывает существенное влияние на перенос. [c.24]

В следующем разделе используются приближенные допущения теории пограничного слоя для получения простейших уравнений. Затем делается общее преобразование уравнений с целью выявления видов переноса, для которых возможны автомодельные решения. Далее рассматривается ряд более специальных случаев течения, например перенос в жидкости с предельным значением числа Прандтля и влияние стратификации окружающей среды. [c.69]

Эти соотношения применимы к общему случаю интенсивного течения, возникающего в присутствии какого-либо источника энергии. Оно показано на рис. 3.2.1. Предполагается, что течение снизу вверх начинается от передней кромки при л = О и продолжается в положительном направлении х. При ta < t o течение сверху вниз начинается при х = О и продолжается в отрицательном направлении х. Области переноса тепла и количества движения сосредоточены вблизи линии у = 0. Их местные толщины обозначены ot x) и o(x). Эти толщины при Рг Ф 1 неодинаковы. Будет показано, что, например, при Рг > 1, oi(.v)< стратификацию окружающей среды. В следующем ниже рассмотрении стратификация должна быть устойчивой, так как окружающая среда предполагается покоящейся. Условия при у = О, частично показанные на рис. 3.2.1 заданием to x), являются условиями на поверхности. Одновременно могут быть заданы также и другие разнообразные граничные условия. Может существовать также плоскость симметрии переноса, как в случае плоского факела, показанном на рис. 1.1.2. [c.70]

Стратификация окружающей среды [c.95]

Оценим относительную величину влияния стратификации окружающей среды, сравнивая член sf с главным конвективным членом [c.100]

Видно, что автомодельные решения возможны и имеют практическое значение при некоторых ограничивающих условиях для каждого из четырех дополнительных физических процессов, рассмотренных выше. Установлены допустимые законы стратификации (3.6.1) и (3.6.2), подчиненные ограничениям, обеспечивающим устойчивость окружающей среды. Если далее рассматривать только степенной закон изменения ё(х), автомодельность с учетом члена с давлением реализуется лишь в случае, когда п = я х . Вязкая диссипация обязательно приводит к появлению параметра Аё х/ср = 4 о- Наконец, автомодельность с учетом распределенного источника реализуется при п=, если функция /= 1 = /= 1(т1) достаточно быстро затухает с увеличением т]. Уравнения, определяющие перенос, имеют вид [c.102]

Опубликовано много экспериментальных исследований свободноконвективного теплообмена на вертикальных нагретых поверхностях при условии постоянной температуры поверхности или при условии постоянной плотности теплового потока на поверхности. Чтобы оценить влияние числа Прандтля, использовались различные жидкости, чаще всего воздух и вода. При воспроизведении идеализированных условий, предполагаемых в теории, возникают различные трудности. В идеальном случае движение жидкости должно быть вызвано только действием нагретой поверхности. Но в действительности на экспериментальные данные могут повлиять вибрация поверхности, возмущения течения в окружающей среде, циркуляция и стратификация жидкости, связанные с конечным объемом окружающей среды. Другой важный вопрос состоит в том, насколько точно выполняется в экспериментах граничное условие на поверхности. Влияние [c.127]

СТРАТИФИКАЦИЯ ПЛОТНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ [c.143]

В природе и технике часто встречаются индуцированные выталкивающей силой течения, возникающие в окружающей среде со стратификацией плотности. Особое значение имеет это явление при сбросе энергии и вещества в окружающую среду, в системах хранения энергии, например в солнечных накопителях, и при теплоотдаче от тел, находящихся в замкнутых полостях. В этих условиях важно определить влияние стратификации плотности в окружающей среде на течение и тепломассоперенос от конкретного тела. В разд. 3.6 рассмотрена устойчивость стратифицированной среды и показано, что в жидкости, плотность которой уменьшается с увеличением температуры, для сохранения устойчивой стратификации необходимо, чтобы окружающая температура уменьшалась медленнее, чем в адиабатически стратифицированной среде. Это условие удовлетворяется, если окружающая температура увеличивается с высотой. Именно такой случай изучен наиболее всесторонне. [c.143]

Аналогичные течения около поверхностей, погруженных в линейно стратифицированную среду, изучали также авторы работ [35, 36, 44, 53]. В этих исследованиях термическая стратификация не изменялась с течением времени. Но в любых реальных условиях вертикальная диффузия тепла приводит, как [c.143]

Течения со свободными границами в стратифицированной окружающей среде можно изучать численным методом, как это сделано в статье [50] при рассмотрении различных распределений окружающей температуры для Рг = 0,7 и 6,7. В статье при численном моделировании факелов, восходящих в устойчиво стратифицированной среде, рассмотрены длинные тепловые источники конечного размера. Получены численные результаты при различных значениях местного параметра стратификации S, определенного аналогично тому, как это было сделано ранее, формулой [c.150]

На рис. 3.11.5 показаны рассчитанные профили скорости и температуры. Характер зависимостей почти такой же, как в случае вертикальной поверхности в термически стратифицированной окружающей среде. Во внешней части течения появляется дефект температуры. Этот дефект увеличивается с возрастанием уровня стратификации и с удалением рассматриваемого сечения от источника. Скорость на оси, как и предполагалось, уменьшается с возрастанием S. На рис. 3.11.6 показано изменение скорости и температуры на оси в зависимости от х — координаты вдоль потока. В случае изотермической окружающей среды (S = 0) эти параметры изменяются на большом расстоянии от источника пропорционально х (скорость) и хг (температура), как это следует из автомодельного решения. При 5 >0 выталкивающая сила уменьшается в направлении течения быстрее из-за увеличения окружающей температуры и в конце [c.150]

Вертикальная поверхность рассеивает равномерно 200 Вт/м и погружена в термически стратифицированную среду, в которой параметр стратификации 5 равен 4,0. Найти распределение окружающей температуры и максимальную скорость течения, если высота поверхности 0,5 м. [c.172]

Подъем осесимметричных факелов и восходящих струй под действием выталкивающей силы в устойчиво стратифицированной среде является важным аспектом изучения окружающей среды. Поэтому многие исследователи рассматривали такие течения и определили влияние стратификации на основные характеристики и высоту подъема течения. В большинстве работ рассмотрены турбулентные течения, так как они имеют большее практическое значение. В гл. 12 обсуждаются результаты экспериментальных и теоретических работ по исследованию турбулентных течений со свободными границами. [c.200]

В статье [14] сделаны численные расчеты ламинарных осесимметричных свободных течений в термически стратифицированных средах. На рис. 4.5.3 и 4.5.4 показаны соответственно зависимости температуры и скорости вдоль оси теплового факела, образованного небольшим диском, температура которого 0- Параметр стратификации 5 и безразмерные величины определены выражениями (3.11.9) и (3.11.10). [c.202]

Можно показать, что написанные выше уравнения пограничного слоя для некоторых геометрических конфигураций снова допускают автомодельные решения. В следующих трех разделах обсуждаются как эти, так и некоторые другие решения. В разд. 5.2 рассмотрены плоские наклонные поверхности при —я/2 < 0 < я/2. В разд. 5.3 описаны горизонтальные течения. В следующем разделе изучаются течения около симметричных двумерных и осесимметричных тел, в том числе около цилиндров и сфер. Кратко рассмотрены и трехмерные течения. В разд. 5.5 приведены корреляционные формулы, основанные на экспериментальных данных. За этим разделом следует рассмотрение влияния стратификации плотности окружающей среды на течение и параметры переноса. Во многих случаях происходит взаимодействие нескольких течений или течение взаимодействует с поверхностями. Такие взаимодействующие течения рассматриваются в разд. 5.7. В последнем разделе описан механизм отрыва потока, наблюдающегося в горизонтальных и наклонных течениях, [c.217]

СТРАТИФИКАЦИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ [c.414]

Стратификация среды, обусловленная только изменением температуры (температурная, или термическая, стратификация), рассматривалась в гл. 3 и 4. Было показано, что заданная стратификация, определяемая величиной dp-x/dx, устойчива при условии dpoojdx <. драо/дх) S (см. соотношение (3.6.7)). Для [c.414]

Стратификация среды может происходить и при наличии градиента концентрации по вертикали, что и наблюдается во многих природных процессах, например в процессах переноса в океане. Стратификация, обусловленная разностью концентраций, возникает и во многих химических процессах и системах. Характеристики концентрационной стратификации среды практически такие же, как и температурной стратификации. Стратификация dpoo/dx устойчива при условии dpoo/dx (дроо/дх)s<. < 0. Для большинства жидкостей это условие в общем выполняется, если d ooldx С О для самых тяжелых компонентов. [c.415]

Исследовалось также влияние стратификации среды на характеристики течения при совместной термоконцентрационной конвекции. Подобные течения возникают, например, в том случае, если тело, рассеивающее тепло, погружено в устойчиво стратифицированную соленую воду или если факел морской воды распространяется в пресной воде с температурной стратификацией. Первый тип течения исследовался экспериментально в работе [41]. В резервуар с соленой водой помещали горизонтальный медный цилиндр с электрическим нагревом, чтобы создать восходящий факел в линейно и устойчиво стратифицированной воде. Стратификация создавалась путем послойного заполнения резервуара водой со все более высокой концентрацией соли. Результаты измерений, проведенных по прошествии некоторого времени, показали, что стратификация является приблизительно линейной. Было проведено несколько экспериментов при различных значениях параметра стратификации 5, определенного соотношением [c.417]

Подвод тепла в замкнутую окружающую среду вызывает как рециркуляцию течения, так и изменение распределения плотности в полости. Временной интервал, для которого допускается возможность моделирования внешних естественноконвективных течений, можно определить, по крайней мере приблизительно, путем непрерывного контроля условий, при которых проводятся измерения. Так, существенные изменения местных режимов указывают на влияние ограничений. Точно так же, исходя из объема жидкости в спутной струе, оказалось возможным приблизительно рассчитать стратификацию среды, возникающую в результате действия сосредоточенного источника тепла. [c.312]

Сго—значение /Ст при безразличной стратификации среды L—удельная теплота испарения —частота Брента-Вяйсяля Рг— число Прандтля Р— концентрация фитопланктона p z)— интенсивность фотосинтеза р— давление [c.11]

Расхождение между теорией и опытом можно объяснить тем, что во-первых, в применяемой теории турбулентных струй не учитывается турбулентность окружающей среды и, во-вторых, в теоретическом выводе не принималась во внимание возможная стратификация атмосферы. Высокая турбулентность окружающей среды (значительно превышающая создаваемую струей в нетурбулизованной среде) приводит к подмешиванию к струе больших масс воздуха. Поэтому скорость в струе, в том числе и ее вертикальная составляющая, будет мала, так как при постоянстве количества движения скорость обратно пропорциональна расходу. [c.87]

Сделаем приближенную оценку этого отношения, исходя из проведенных выше оценок отдельных членов, но с учетом возможной стратификации плотности в окружающей среде, т. е. при условии драо/дх ф 0. Учитывая стратификацию и вычисляя Рсо — р так же, как в уравнении (2.5.11), перепишем отношение (2.5.13) в следующем виде [c.51]

Величина И зависит только от того, как изменяется разность to — tao В направлении течения из-за стратификации температуры окружающей среды t и (или) изменения to, т. е. второго заданного граничного условия, а Я выражает только степень стратификации плотности окружающей среды. Наложенная стратификация может быть и большой, и малой, но в покоящейся окружающей среде стратификация должна быть устойчивой. Ва многих задачах, представляющих интерес, стратификация мала, т. е. длина Я очень велика по сравнению с х = L. Например, а дальнейшем будет показано, что в адиабатически стратифицированном идеальном газе Н = На = pRT/ vg = yRT/g. Тогда величина х/Н (или L/H) очень мала, ибо [c.52]

Таким образом, при х = 0, т. е. на передней кромке, величина Q больше нуля. Величина и(х, у) = ,у также не равна нулю при X = 0. Это значит, что течение, приходящее в область конвекции снизу, не индуцируется из покоящейся окружающей среды, находящейся при температуре t o. Поэтому условие Сф0 означает, что начало координат при х = 0 выбрано неправильно,, его следует сместить в точку х = —С. Тем не менее это решение использовано, например Чизрайтом [10], для описания циркуляции и стратификации в окружающей среде. Эти вопросы отложим до следующих разделов, а здесь положим С = 0 и [c.87]

Строгие пределы допустимой стратификации накладывает условие неподвижности окружающей среды. Так как физическая протяженность и геометрическая конфигурация окружающей среды здесь ничем не ограничиваются и не конкретизируются, среда должна оставаться устойчивой на бесконечном протяжении. Простая приближенная начальная оценка устойчивости состоит в том, что плотность роо не может возрастать в направлении вверх. Любое заметное возрастание Роо приводит к неустойчивости и вызывает возникновение циркуляции в ок-ружающей среде. Простое условие, отвечающее этому виду устойчивости, записывается так [c.96]

Рис. 3.11.4. Влияние стратификации окружающей среды на коэффициент теплоотдачи для изотермической поверхности. (С разрешения авторов работы Г79]. 1978, ASME.)

Рис. 3.11.4. Влияние <a href="/info/1522462">стратификации окружающей среды</a> на <a href="/info/21337">коэффициент теплоотдачи</a> для <a href="/info/94128">изотермической поверхности</a>. (С разрешения авторов работы Г79]. 1978, ASME.)

Найдено, что устойчивая стратификация приводит к более быстрому, чем в изотермической среде, уменьшению выталки- [c.202]

Рис. 4.5.3. Изменение температуры вдоль оси осесимметричного факела, восходящего в линейно стратифицированной среде при Рг = 7,0 и различных величинах параметра стратификации 5. (С разрешения авторов работы [14]. 1982, Pergamon Journa s Ltd.)

Рис. 4.5.3. <a href="/info/911076">Изменение температуры</a> вдоль оси <a href="/info/120510">осесимметричного факела</a>, восходящего в линейно стратифицированной среде при Рг = 7,0 и различных величинах <a href="/info/120340">параметра стратификации</a> 5. (С разрешения авторов работы [14]. 1982, Pergamon Journa s Ltd.)

В обсуждавшихся в предыдущих разделах решениях задачи о переносе тепла и корреляционных формулах предполагается изотермичность окружающей массы жидкости. Но довольно часто окружающая жидкость заметным образом термически стратифицирована. Как и в случае вертикальных течений, рассмотренных в разд. 3.11, стратификация изменяет условия переноса тепла. Но оценить эти изменения для невертикальньгх течений, как правило, намного труднее, чем для вертикальных. Автомодельных решений нет, и применяются приближенные методы. Исключением является классическое решение Прандтля [136] для течения около бесконечной стенки, отклоненной на угол 0 от вертикали, когда температура поверхности выше или ниже на постоянную величину — to , чем температура /оо устойчиво и линейно стратифицированной окружающей среды. [c.293]

Если Применяются приближения пограничного слоя, то основные уравнения упрощаются. Можно показать, что окончательная система уравнений во многих случаях допускает автомодельные решения. Этот вопрос будет рассматриваться в следующих трех разделах. Кроме того, будут представлены решения для течений, отличных от вертикальных. В разд. 6.5 будут )ассмотрены результаты для предельных значений чисел Лмидта и Прандтля. Затем будет приведена сводка обобщенных зависимостей для характеристик переноса, которые получены на основании экспериментальных данных. В следующих двух разделах будут сняты предположения, использованные до этого. В разд. 6.7 обсуждаются эффекты Соре и Дюфура, а также влияние сравнимых уровней концентрации, а в разд. 6.8 рассматриваете одновременный тепло- и массообмен при наличии диффузии химически реагирующих компонентов. В последнем разделе описано влияние стратификации окружающей среды на характеристики течения и свойства переноса в таком течении. [c.340]

Без особого труда определяются условия существования автомодельных решений уравнений с учетом вязкой диссипации, давления и стратификации. Методика их определения и результаты остаются точно такими же, как в гл. 3. Например, при изменении разности концентраций по степенному закону автомодельные решения в случае термической и(или) концентрационной стратификации окружающей среды существуют, если Цх) и г х) изменяются так же, как d x) и е(х). Если учитывается член с давлением, то автомодельность достигается только при n = 1. При учете вязкой диссипации в уравнении энергии автомодельных решений не существует. В оставшейся части данного раздела и в последующих разделах рассматривается степенной закон изменения без учета влияния давления и вязкой диссипации. Преобразуя уравнения (6.3.3) — (6.3.6), получаем [c.349]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология