Течения свободноконвективные

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]

В ряде случаев течения в свободноконвективном пограничном слое точное решение определяющих уравнений методом автомодельности невозможно. Тогда можно обратиться к методам возмущений или локальной автомодельности или к численному решению методами конечных разностей или конечных элементов. В большинстве случаев эти методы достаточно сложны, поэтому в качестве альтернативы можно воспользоваться интегральными методами, дающими простые приближенные решения уравнений пограничного слоя с приемлемой точностью. [c.161]

В напорных и дренажных каналах плоскокамерного модуля реализуется двумерное течение газа с односторонним или двусторонним отсосом или вдувом при этом канал может быть ориентирован горизонтально или вертикально. В рулонных модулях кривизна канала не слишком велика, и в первом приближении можно использовать модели двумерного течения, однако следует учесть меняющуюся ориентацию стенок канала относительно вектора силы, связанной с гравитацией. В трубчатых и половолоконных элементах внутренний канал обладает симметрией тела вращения, течение в них также двумерно. Внешняя цилиндрическая поверхность элемента омывается потоком газа, возникает задача массообмена на проницаемых поверхностях, образованных пучком трубок. Следует отметить, что свободноконвективное движение (возникающее при потере устойчивости двумерного вынужденного движения вследствие концентрационной неоднородности плотности среды) в общем случае усложняет течение газа, делает его трехмерным. [c.121]

Монография известных американских ученых содержит богатейшую информацию, накопленную в теории свободноконвективных течений и явлений переноса за последние годы. В книге описаны как классические подходы, так и современные методы анализа инженерных проблем. [c.4]

Интенсивность исследований свободной конвекции в мире возрастает, что ведет к расщирению понимания как механизмов, так и возможностей использования свободноконвективных течений. Благодаря выходу в свет переводного издания на русском языке гигантское число работ станет доступно многочисленным советским исследователям. В выигрыше окажемся мы все, так как сможем продвинуться в понимании явления свободноконвективного переноса. Надеемся, что польза от появления книги на русском языке будет взаимной. [c.7]

Рассматривались также и другие граничные условия, отличающиеся от обсуждавшихся в предшествующих разделах, которые имеют место в практических приложениях. Автомодельность реализуется редко, и решения получаются разложением в ряды и другими приближенными методами. Имеющее важное значение неавтомодельное течение возникает в условиях, когда температура или плотность теплового потока на вертикальной поверхности заданы только на участке ограниченной высоты. Такое течение образуется во многих практических случаях, например при охлаждении электронных схем. Приборы, рассеивающие энергию, идеализируются в виде источников тепла, расположенных на вертикальных адиабатических поверхностях. В разд. 3.7 рассмотрен пристеночный факел, возникающий над линейным источником тепла на вертикальной адиабатической поверхности. В разд. 5.7 обсуждается взаимодействие следов от множества нагретых элементов поверхности. Изучен также свободноконвективный след над конечной вертикальной нагретой поверхностью и течение, образующееся около вертикальной поверхности со ступенчатым разрывом температуры стенки. [c.153]

Нагревание поверхности со ступенчатым изменением температуры. Ряд авторов исследовали свободноконвективное течение около вертикальной поверхности со скачком температуры стенки. В работе [86] проведено детальное экспериментальное исследование течения в свободноконвективном пограничном слое, образующемся на такой вертикальной поверхности. Измерялись поле температуры и тепловой поток от поверхности. Верхняя часть вертикальной поверхности поддерживалась при температуре, отличающейся от температуры нижней части (рис. 3.12.3). Важным параметром является отношение разностей температур стенки и окружающей среды [c.156]

Вдув и отсос. Еще один механизм, представляющий интерес в некоторых приложениях, относится к явлениям вдува и отсоса а свободноконвективном течении. Такие задачи возникают, например, когда жидкость вводится в поток на пористой поверхности или удаляется из него. Необходимые для реализации автомодельного течения около вертикальной пластины условия, которые требуется наложить на скорость при наличии вдува или отсоса на поверхности, сформулированы в разд. 3.6.5. Горизонтальная составляющая скорости v x, у) в этом случае отлична от нуля. Условие автомодельности требует, чтобы /(0) была константой, тогда как на непроницаемой поверхности она равна нулю. Это требование приводит к изменению v x, 0) пропорционально в случае степенного закона распределения температуры поверхности и пропорционально в случае экспоненциального закона. Для изотермической поверхности (п = 0) это условие приводит к соотношению у (х, 0) со Отсосу соответствует отрицательная величина и х,0). Тогда, согласно выражению (3.6.33), величина /(0) положительна. Вдув имеет место при /(0)<0. [c.159]

ДЛЯ исследования течения в свободноконвективном пограничном слое, примыкающем к нагретой, изотермической, вертикальной поверхности. Здесь будет описано это решение и обсуждается [c.162]

Во многих задачах свободноконвективного теплообмена, представляющих практический интерес, поверхность, формирующая течение, криволинейна (рис. 5.1.2, а и 5.1.2, б). Угол 0 между касательной к поверхности и направлением силы тяжести изменяется вдоль потока и вдоль поверхности от точки начала течения. Если кривизна поверхности мала, ее можно локально аппроксимировать плоскостью. Тогда можно воспользоваться обсуждавшимися выше решениями для вертикальной и наклонной плоских поверхностей. При большей кривизне такая аппроксимация может оказаться недостаточно точной. Компоненты выталкивающей силы и Б изменяются в зависимости от 0, и в общем случае исследование становится намного сложнее. Но для некоторого специального класса таких поверхностей получены автомодельные решения. Если такие решения найти невозможно, то для получения общих соотношений, определяющих искомые параметры переноса, применяются приближенные методы. Некоторые результаты таких исследований описаны в этом разделе. [c.251]

В некоторых случаях отсутствия автомодельности описанный выше интегральный метод также не дает решения с требуемой точностью. В задачах, где необходимо изучить какой-либо дополнительный эффект, например влияние внешнего индуцированного течения на свободноконвективное течение около вертикальной поверхности или влияние отклонения плоской поверхности от вертикали на перенос, при малой величине дополнительного члена часто можно получить приближенное решение, рассматривая этот член как возмущение. Такой метод снова приводит к обыкновенным дифференциальным уравнениям, при- чем уравнениями нулевого порядка точности являются уравнения задачи без дополнительного члена, решение которых известно. На базе этого известного решения можно решить уравнения первого, второго и высших порядков точности, где решение каждого порядка зависит от решения предыдущего порядка точности. Этот метод использован для решения ряда задач, например для изучения приближений высших порядков точности в теории пограничного слоя (разд. 3.10). [c.166]

Для многих свободноконвективных течений, описанных в этой главе, методики получения определяющих уравнений в виде обыкновенных дифференциальных уравнений неприменимы. Тогда можно обратиться к численным методам решения уравнений в частных производных, например к конечно-разностным. Для очень сложных геометрических конфигураций можно применять также методы конечных элементов. Эти методы хорошо изложены во многих публикациях, поэтому здесь дадим лишь их краткое описание. [c.168]

Перенос тепла при малых числах Грасгофа. Имеются также теоретические исследования теплоотдачи от изотермической сферы при малых числах Грасгофа О < Gt < 1 (см. статьи [112, 76]). В статье [112] решена задача свободноконвективного течения около сферы. Показано, что решение чистой задачи теплопроводности, правомерность которого можно было ожидать при очень малых числах Грасгофа, в действительности применимо только на некотором расстоянии а от поверхности сферы, где а = r/i = О (Gr ). На больших расстояниях требуется учитывать инерционные и конвективные члены уравнений. В работе [76] для расчета переноса тепла использован метод асимптотического разложения. Решения уравнений, определяющих течение, выражены в виде рядов по числу Грасгофа, которое принято за параметр разложения. Найдены поля скорости и температуры. Численным интегрированием получено следующее выражение для числа Нуссельта в диапазоне О С < Gvk < 1 [c.274]

Найти максимальную скорость и полный тепловой поток в свободноконвективном течении с каждой стороны вертикальной пластины высотою 30 см, находящейся при температуре 60 °С в воде, температура которой 20 "С. [c.169]

Пластина высотою 10 см, находящаяся в воздухе с температурой 20 °С, нагревается электрическим током до установления постоянной плотности теплового потока в воздухе, равной 100 Вт/м . Найти максимальную и среднюю температуру поверхности при свободноконвективном течении. [c.169]

В свободноконвективном течении около нагретой вертикальной поверхности высотою 1 м температура поверхности изменяется как Ajx - . Определить законы изменения толщины пограничного слоя, плотности теплового потока, величины скорости и переносимой конвекцией тепловой энергии. Являются ли эти условия физически возможными Кратко поясните ваш ответ, [c.169]

Осесимметричный факел. Расчет переноса тепла от сосредоточенного источника тепловой энергии имеет важное значение, так как свободноконвективное течение, образующееся над реальным источником конечного размера, приближается по своим характеристикам к осесимметричному факелу. Характеристики теплового следа в области, примыкающей к поверхности тела, создающего течение, отражают механизм образования следа. Но в дальнейщем при движении вдоль потока эти характеристики быстро затухают. В конечном счете характеристики течения приближаются к характеристикам осесимметричного факела над точечным источником тепла, и главную роль продолжает играть энергосодержание. [c.191]

Написать уравнения пограничного слоя для свободноконвективного течения около вертикального цилиндра, исходя из уравнений в полярной цилиндрической системе координат. Показать, что, если радиус цилиндра Я велик по сравнению с толщиной пограничного слоя 6, течение стремится к течению около плоской вертикальной поверхности. [c.205]

Рис. 5.3.1. Идеализированное свободноконвективное течение над нагретой горизонтальной поверхностью, обращенной вверх.

Другие исследования. Прежде чем завершить обсуждение течений около горизонтальных поверхностей, отметим, что теоретическими и экспериментальными методами изучались также аналогичные механизмы свободноконвективного массообмена на горизонтальных поверхностях. Некоторые экспериментальные данные имеются в статьях [172, 173, 64, 106, 63]. Авторы [c.250]

См. также монографию Гольдштейн М. А., Штерн В. Н., Яворский Н. И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. — Новосибирск, Наука, 1989, в которой описаны конически-симметричные автомодельные решения уравнений Буссинеска, соответствующие коническим свободноконвективным течениям (так называемая задача о вулкане , задача о леднике и др.), а также тепловая задача для автомодельной затопленной струи.— Прим. перев. [c.257]

В этой и предыдущих главах рассматривались свободноконвективные течения около одиночных тел — одной пластины, одного цилиндра или одного линейного источника тепла. Но во многих представляющих практический интерес случаях одновременно образуется несколько течений или течения взаимодействуют с соседними поверхностями. Такие условия могут возникать в системах рассеивающих тепло элементов электронных схем, между элементами производственных технологических установок, в системе нагревателей, погруженных в жидкую среду. Техническая сторона таких задач переноса тепла состоит в оптимизации явлений взаимодействия в соответствии с конкретными целями проектирования. [c.296]

Такие течения имеют, в частности, отношение к проектированию элементов электронных схем на приборной панели. Часто элементы электроники, выделяющие тепло, компонуют в группы, как показано на рис. 5.7.15, а. Важное требование при проектировании состоит в том, чтобы эти элементы и приборная панель не сильно нагревались. Отвод тепла обычно осуществляется естественной конвекцией. Поэтому свободноконвективные течения, образующиеся около этих приборов, определяют допустимый подвод энергии или расположение электронных элементов, обеспечивающее оптимальный отвод тепла и высокую надежность. [c.314]

Сложность течения, возникающего при охлаждении электронного оборудования, заставила авторов работ [12—14] исследовать общую задачу конвективного охлаждения систем приборных панелей. В работе [13] рассмотрен вертикальный канал с параллельными стенками и теоретически и экспериментально изучено влияние высоты канала на максимальную температуру приборной панели. В этом исследовании учитывалось взаимодействие конвективных течений от соседних панелей, причем панели приближенно принимались за поверхности с постоянным тепловым потоком. В работе [12] решена задача свободноконвективного течения в вертикальном канале с параллельными стенками и с несимметричным нагревом, как [c.314]

Как и в случае цилиндрической поверхности, эти измерения снова показали, что в таких свободноконвективных течениях отрыв с образованием обратного течения не возникает. Течение отрывается от поверхности, когда вешество пограничного слоя, притекающего со всех сторон, встречается в верхней части полусферы. Но этот отрыв образуется не из-за прямого взаимодействия с полем внешнего давления и не из-за возникновения обратного течения за точкой отрыва по-видимому, нагретая жидкость просто направляется вверх. [c.321]

Заключение. Отрыв двух типов, наблюдаемый в свободноконвективных течениях, в корне отличается от отрыва в вынужденных течениях. Как и в вынужденных течениях, происходит утолщение слоев неравномерного и вязкого течения, сопровождающееся изменением характера переноса. Но движущие механизмы отличаются друг от друга. Для течения, образующегося в неподвижной окружающей среде, отсутствуют большие градиенты внешнего давления. Отрыв вызывается не этим, а взаимодействием присоединенных течений или поперечной к направлению потока выталкивающей силой. Другое фундаментальное отличие заключается в механизме, посредством которого внешняя жидкость втекает в развивающийся под действием выталкивающей силы слой и быстро утолщает его. В вынужденных течениях возникает система вихрей, нормальных к направлению вынужденного движения. Они непрерывно или попеременно, как за цилиндром, подмешивают жидкость из внешнего потока. [c.324]

С27 Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен. В 2-х книгах, кн. 1. Пер. с англ. — М. Мир, 1991.—678с., ил. [c.4]

Махаджан и Гебхарт [67] выполнили методом возмущений анализ влияния эффектов высшего порядка точности на пограничный слой в свободноконвективном течении, примыкающем к полубесконечной вертикальной поверхности с постоянной плотностью теплового потока. Этот анализ аналогичен сделанному выше. Обсудим его, обратив внимание на различия, имеющиеся в этих двух случаях. [c.139]

Чизрайт [10] впервые изучил свободноконвективное течение около полубесконечной вертикальной поверхности (т. е. поверхности с передней кромкой), погруженной в термически стратифицированную окружающую среду. Методом подобия получены решения для изотермической и неизотермической вертикальных поверхностей. Результаты, найденные для устойчиво стратифицированной среды, указывают на возрастание местного коэффициента теплоотдачи и уменьшение скорости и выталкивающей силы. Эйчхорн [23] изучал течение около изотермической вертикальной поверхности в термически стратифицированной среде [c.144]

Рейтби и Холланде [137] разработали приближенный метод расчета теплоотдачи от поверхностей различной геометрической формы и применили его к двумерным плоским и осесимметричным течениям и к течениям в замкнутых полостях. В общем случае применения этого метода свободноконвективный ламинарный пограничный слой на поверхности разделяется на две области. Внутренняя область простирается от стенки до точки местного экстремума скорости. Внешняя область [c.275]

В последние годы для решения задач о различных неавтомодельных свободноконвективных течениях часто привлекаются два других метода — метод локальной автомодельности и метод локальной неавтомодельности К задачам, исследованным этими методами, относятся задачи о течениях со смешанной конвекцией, осесимметричных течениях около вертикальных цилиндров и течениях в стратифицированных средах. Основной прием в обоих методах состоит в пренебрежении неавтомодельными членами на различных уровнях усечения уравнений для получения все более высоких порядков точности. Первый уро- [c.166]

Избыток температуры вертикальной поверхности над окружающей температурой, которая принимается постоянной, изменяется как 1/х, где X — расстояние вдоль поверхности, отсчитываемое от передней кромки. Определить вид зависимости от х физических величин q", Q, б, Umax и v(oo) в свободноконвективном течении. Являются ли эти условия физически возможными Если да, то при каких условиях возникает такое течение [c.169]

Вертикальные иглы. Многие авторы рассматривали теплоотдачу от вертикальных игл в ламинарном свободноконвективном течении. Себеси и На [4], пользуясь методом автомодельности, свели определяющие уравнения (4.1.1) — (4.1.3) для случая изотермической вертикальной иглы к обыкновенным дифференциальным уравнениям. В статье [31] анализируется случай лостоянной плотности теплового потока, а также исправлено несколько ошибок, допущенных в ранее проведенных исследованиях. Введены преобразования переменных [c.189]

Двумерное ламинарное свободноконвективное течение на горизонтальной планке, нагретая сторона которой обращена вниз, или охлажденная сторона — вверх, также исследовано экспериментальными и теоретическими методами. В этом случае сила Вп направлена к поверхности (В <0). Экспериментальные данные показывают, что и в этом случае образуется течение пограничного слоя (см., например, статьи [5, 156]). В ви-зуализационном эксперименте [ 56] наблюдали поле течения на нагретой горизонтальной плоской планке, обращенной вниз. [c.246]

Джалурия [81] рассмотрел свободноконвективное течение, возникающее от двух или трех отдельных нагретых горизонтальных полосок, находящихся на вертикальной адиабатической поверхности (рис. 5.7.15, в). Предполагалось, что ширина нагретых элементов конечна и что к поверхности каждого из них производится постоянный подвод тепловой энергии q". По аналогии с задачей, рассмотренной Спэрроу и Фагхри [159], предполагалось, что перенос тепла происходит в пограничном слое, и уравнения течения решены численным способом при Р г = 0,7. Для различных расстояний между элементами определены температура поверхности, поле течения и коэффициент теплоотдачи от элементов, находящихся в следе элементов, расположенных ниже. Еще раз установлено, что влияние температуры и скорости на теплоотдачу верхних элементов, находящихся в следе нижнего элемента, зависит от зазора между элементами. Усиление или ослабление теплоотдачи зависит от того, какое воздействие — скорости или температуры — является преобладающим, т. е. нижний элемент при малых зазорах уменьшает, а при больших увеличивает коэффициент теплоот- [c.316]

Рассмотреть внешнее свободноконвективное течение над верхней стороной и вблизи передней кромки горизонтальной полубесконечной поверхности. При d x) = Nx" существует автомодельное решение. Определить диапазон величин N и я, для которых иерен с теила в этой постановке задачи подчиняется уравнениям пограничного слоя. [c.325]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология