Теплообмен теория пограничного слоя

При исследовании массообменных и теплообменных процессов в настоящей работе были использованы в основном экспериментальные методы, так как сложность протекания этих процессов в реальной аппаратуре и на моделях практически исключает возможность полного теоретического решения. При обработке экспериментальных данных с целью получения достаточно аргументированных методов расчета широко использовались методы теории подобия и размерностей. Теоретической базой, позволившей осуществить аргументированное использование этих методов, явилась теория пограничного слоя в приложении к процессам тепло- и массообмена. Для массообменных процессов, протекающих в модели из двух вертикальных соосных цилиндров, получены количественные соотношения, описывающие массопередачу в газовой фазе и учитывающие влияние неустойчивости, проявляющейся в возникновении так называемых вихрей Тейлора. Для жидкой фазы характерен определенный эффект закручивания жидкостной пленки, что также приводит к существенной интенсификации массопередачи по сравнению с гравитационно стекающей пленкой. [c.10]

Монография посвящена исследованию и разработке методов расчета теплообмена в поршневых машинах (двигателях внутреннего сгорания и компрессорах). В ней рассмотрены внутренний (внутри цилиндра) и внешний (отвод теплоты от камеры сжатия — горения) теплообмен и контактный теплообмен описана математическая модель движения заряда в цилиндре и на ее основе на базе теории пограничного слоя определены локальные мгновенные значения коэффициентов теплоотдачи конвекцией изложены особенности лучистого теплообмена в цилиндрах ДВС приведена методика расчета внешнего теплообмена в поршневых машинах. [c.2]

В заключение рассмотрим задачу о теплообмене при ламинарном течении жидкости по трубе. Эта задача несколько выпадает из общего направления настоящего раздела, так как к ней не применимы методы теории пограничного слоя. Но при ее исследовании очень интересное освещение получает проблема автомодельности и подобия решения. По этому признаку ее целесообразно включить в круг рассмотрения именно здесь. [c.169]

Величина потерь удельного импульса на трение и теплообмен обусловлена вязкостью продуктов сгорания и теплоотводом с поверхности соприкосновения продуктов сгорания со стенками. Расчет величины этих потерь выполняется на основе теории пограничного слоя, при этом в качестве исходных данных используются свойства продуктов сгорания пристеночного слоя. [c.153]

В гл. V и VI были рассмотрены задачи нестационарной теплопроводности, в которых теплообмен между поверхностью тела и окружающей средой происходил в основном излучением. В практике тепловых расчетов встречаются задачи, в которых теплообмен между телом и окружающей средой происходит конвекцией. Если в задачах стационарного конвективного теплообмена применяются граничные условия третьего рода, то в задачах нестационарного конвективного теплообмена и в задачах стационарного теплообмена при точной формулировке проблем необходимо применять граничные условия четвертого рода. Например, при обтекании плоской пластины, в соответствии с теорией пограничного слоя, дифференциальное уравнение переноса тепла для жидкости можно написать так [c.363]

Второй способ упрощения, являющийся разновидностью первого, состоит в том, что число пространственных координат сокращается до одной. В качестве модели развития процессов переноса в направлении отброшенных координат принимаются эмпирические закономерности. Обычно это критериальные уравнения, позволяющие определить кинетические коэффициенты тепло- и массообмена и легко выразить объемные источники массы и энергии через параметры системы (2.2.1). Численные значения коэффициентов критериальных уравнений определяются на основе обработки экспериментальных данных или данных имитационного моделирования задач, полученных в приближениях пограничного слоя, с привлечением теории размерностей и подобия. Уравнение движения 3) в системе (2.2.1) исключается, а осевая скорость движения среды усредняется по сечению аппарата. Данный метод нашел широкое применение в инженерном подходе к моделированию теплообменных и массообменных аппаратов и представляется нам едва ли не единственным при построении полных математических моделей динамики объектов химической технологии. Его преимущества видятся не только в том, что при принятых посылках относительно просто достигается численная реализация математического описания, в котором учитываются причинно-следственные связи между звеньями и их элементами, но и в том, что открывается возможность формализации процедуры построения открытых математических моделей химико-технологических аппаратов. Эта процедура может быть выполнена в виде следующего обобщенного алгоритма. [c.36]

Применение такой идеализированной картины к аналогичному вопросу о теплообмене шара или цилиндра с окружающей движущейся средой показывает, что хорошее совпадение теории с опытом получается при больших числах Re, т. е. в условиях развитой турбулентности. Дело в том, что хотя в этом случае имеются срывы вихрей за кормой в тыловой части течения (см. рис. 57), общая картина течения в передней, рабочей части и вокруг сферы остается неизменной и практически соответствует безвихревому движению, за исключением пограничного слоя, толщина которого уменьшается с увеличением числа Рейнольдса. [c.237]

Исходной гипотезой этой теории является линейный характер распределения температуры и концентрации пара в пограничном слое. Коэффициент теплоотдачи/ характеризующий теплообмен между окружающей средой и поверхностью жидкости, определяется критерием Нуссельта, а коэффициент массообмена (влаго-обмена) — диффузионным или гигрометрическим критерием Нуссельта. В обоих случаях критерий Нуссельта Вычисляется как отношение двух соответствующих коэффициентов, умноженное на характерный размер поверхности жидкости или влажного материала. [c.114]

При проектировании новых теплообменных аппаратов температурный режим задается. При этом было показано, что температурный режим не является чем-то постоянным, определяющим геометрическую форму канала. В одном и том же аппарате в течение одного дня могут осуществляться различные тепловые процессы (нагрев, охлаждение,регенерация) при различных температурных режимах. Поэтому при любом заданном температурном режиме можно искать наиболее выгодную геометрию канала. Очевидно, что возможны в принципе две формы сечения канала - цилиндрическая и прямоугольная. Однако по длине канала возможны различные геометрические варианты (сужение и расширение канала, гофрирование стенок). Если исходить из теории начального участия (кривая / на рис.П.13), то казалось бы, канал должен иметь разрывную форму. Например, труба должна состоять из коротких участков разных диаметров. Теоретически такая конструкция может быть обоснована. Согласно отмеченной кривой, при сокращении длины начального участка а стремится к бесконечности, следовательно, длина канала должна стремиться к нулю. Характер упомянутой кривой объясняют формированием толщины пограничного слоя. [c.63]

В этих теориях обычно пренебрегается сопротивлением теплообмену на границе газ — жидкость. С другой стороны, полуэмпирическое уравнение, предложенное ЦЭИ [1291, в котором преобладающим явлением предполагалась самодиффузия молекул пара через паровой пограничный слой, примыкающий к поверхности жидкости, дало удовлетворительное согласие при низком давлении, но оно непригодно для высоких давлений. [c.250]

Конвективный теплообмен цилиндрических тел произвольной формы с жидкими металлами (модель идеальной жидкости), в теории теплообмена жидких металлов (Рг <С 1) поле течения обычно рассматривается на основе модели идеальной жидкости [19], поскольку динамический пограничный слой глубоко утоплен в тепловом. Числа Пекле в этом случае, вообще говоря, могут быть недостаточно велики для использования приближения теплового пограничного слоя. [c.185]

Гомогенные реакции в пограничном слое. Первые шаги в развитии теории теплообмена гомогенно реагирующих газов были сделаны в связи с задачей ламинарного распространения пламени. Особенно плодотворным было данное Зельдовичем и Франк-Каменецким 1Л. 57] доказательство того, что если реакция происходит посредством единственной ступени и если коэффициент диффузии реагента равен температуропроводности смеси, то энтальпия газа постоянна по всему объему адиабатического пламени. Их предположение о свойствах переноса в настоящее время выражает требование того, что число Льюиса (т. е. коэффициент диффузии, умноженной на плотность, деленный на коэффициент теплопроводности и умноженный на удельную теплоемкость при постоянном давлении) должно быть равно единице. Преимущества этого предположения позже иезависимо были отмечены Рибо [Л. 36] при изучении влияния гомогенной химической реакции на теплообмен в пограничном слое. С тех пор оно использовалось многими другими авторами. [c.184]

Эксперименты по теплообмену между ламинарными потоками многоатомных газов и гладкими поверхностями подтверждают теоретические зависимости, полученные на основе теории пограничного слоя до значения Хь-р = КекрУ/ио 5-10Ч ,/ о, где ламинарный слой турбулизируется вследствие потери внутренней устойчивости. [c.63]

В заключение отметим, что та система физических представлений, которая лежит в основе теории пограничного слоя и рассматривалась нами в применении к динамическому взаимодействию между потоком жидкости и твердым телом (т. е. к процессу внешнего обмена количеством движения), в равной мере охватывает все явления переноса в движущейся жидкости иезависимо от их физической природы. Общая теория пограничного слоя включает в себя наряду с учением о движении жидкости в чистом виде также учение о теплообмене (т. е. о процессе теплового взаимодействия между движущейся жидкостью и ограничивающей ее поверхностью) и массообмене (процессе обмена веществом). Все эти направления вполне аналогичны и по исходным идеям, и по постановке задачи, и по методам ее решения. Позднее мы подробно рассмотрим относящиеся сюда соображения. Пока ограничимся замечанием, что в зависимости от физической природы процесса надо различать динамический, тепловой и диффузионный пограничные слои. [c.26]

Глава VII посвящена теории ударных волн, особенно тех. которые возникают при сверхзвуковом обтекании клина и конуса. Эта глава носит вспомогательный характер, но излагаемые в ней вопросы имеют непосредственное отношение к проблеме трения и теплообмена при обтекании тел газодинамическими потоками (внешняя задача), которой в основном посвящена глава VIH. В этой главе излагаются теории ламинарного и турбулентного течений сжимаемого газа в пограничном слое и их применения к трению и теплообмену. Таких теорий было предложено очень много отечественными и иностранными авторами (Франкль, Крокко, Дородницын, Кибель и др.). Мы постарались использовать наиболее надежные из них и ближе всего стоящие к результатам и данным эксперимента, подвергнув их в ряде случаев существенной переработке и дополнениям в целях большей простоты изложения без уменьшения строгости и учета влияния ряда факторов вязкого подслоя, числа Прандтля. Так же, как и в случае внутренней задачи, было уделено большое внимание сравнению теории с данными опыта. [c.10]

Отрицать влияние массообмена на профили температуры и скорости в пограничном слое в процессах испарения, а следовательно, и на теории вдува в пограничлый слой через пористую стенку не приходится. Однако в наших условиях этот эффект подавляется другими эффектами, что приводит к увеличению коэффициента теплообмена при испарении по сравнению с сухим теплообменом. Однако надо отметить, что сравнение наших данных с расче- [c.103]

Лапин ) рассмотрел влияние химических реакций на поверхностное трение и теплообмен в сжимаемом турбулентном пограничном слое методом, до некоторой степени подобным описанному в п. 8.3 и настоящем пункте. Влияние массообмена на коэффициент поверхностного трения рассмотрено аналогично тому, как это сделано в теории Дорренса и Дора, описанной в п. 8.3. Предполагалось, что химические реакции происходят на бесконечно тонкой реагирующей поверхности внутри пограничного слоя, так что реагирующие вещества поступают на эту поверхность в стехиометрической пропорции и одно из реагирующих веществ полностью расходуется там. Это предположение аппроксимирует предположение о химическом равновесии на реагирующей поверхности. Так как влияние химических реакций на поверхностное трение и теплообмен не зависит от положения реагирующей поверхности в первом приближении, то метод Лапина и метод, приведенный в этой книге, при Le=Pr = 1 должны давать одинаковые результаты. Лапин не приводит никаких численных результатов. [c.305]

Значительная часть экспериментальных исследований внутренней структуры пристенной турбулентности выполнена в так называемых равновесных по Клаузеру турбулентных пограничных слоях, формирующихся при безградиентном или слабоградиентном обтекании простых тел невозмущенным потоком. Для таких сдвиговых течений существуют координаты, в которых профили средней (по времени) скорости, а также нормальных и касательных напряжений, кинетической энергии турбулентности, ее диссипации и других характеристик турбулентности являются автомодельными. В то же время, решение ряда практических задач, связанных, в частности, с разработкой оптимальных конструкций каналов теплообменников, камер сгорания авиационных двигателей и других устройств, содержащих элементы двугранных углов, требует знаний о гидродинамической и тепловой структурах течения за различного рода неровностями, выступами и препятствиями, широко встречающимися в таких устройствах [1, 2]. Однако обтекание отмеченных локальных источников возмущений в общем случае относится к классу течений, формирующихся в условиях резкого изменения шероховатости поверхности [3, 4] и характеризующихся неравновесностью, нередко весьма существенной. Этот вопрос со всей остротой возникает в проточных частях реальных промышленных устройств (турбомашины, теплообменные и технологические аппараты и т.п.). Сложность обтекаемых конфигураций в таких устройствах в значительной степени определяет внутреннюю структуру пристенных течений, поэтому распределения как средних, так и пульсационных характеристик потока не являются автомодельными. При использовании полуэмпирических моделей турбулентности для анализа таких течений все чаще выражается неудовлетворенность существующими локальными подходами [51 и, в частности, гипотезой Буссинеска, которая оказывается непригодной по крайней мере во внешней части слоя. По этой причине выражается озабоченность в связи с необходимостью разработки релаксационной теории, в основе которой была бы новая формула для напряжения турбулентного трения, позволяющая учитывать память пограничного слоя, т.е. свойство сдвигового потока запоминать особенности течения выше рассматриваемой области. Не случайно при расчетах неравновесных турбулентных пограничных слоев все отчетливее стала проявляться тенденция отхода от классической формулы Буссинеска, характеризующей линейную связь турбулентных напряжений с градиентом скорости [c.255]

Обтекание пластинки с теплообменом и без теплообмена изучалось также для чисел М до 10 и л = 0,76 [54], для М до 3,16 при Рг = 0,733 и и = 0,768 [53], при Рг = = 0,725 и п=1,5 1,0 0,75 0,5[48], при Рг=1 и произвольном п и при произвольных числах Рг и п = 1 [56], при Рг = 0,7б и и = 0,89 [57], при Рг = 0,75 и зависимости вязкости от температуры по Сэзерленду [58[. Особенный интерес представляют результаты работ [59, 60]. В первой из них данные для трения и теплоотдачи получены с учетом действительного изменения свойств воздуха от температуры для широкого диапазона чисел М от 1 до 20. Во второй работе расчеты трения и теплопередачи по уравнениям газодинамического пограничного ламинарного слоя проведены при помощи счетных машин для решения дифференциальных уравнений. Расчеты охватывают числа М от 1 до 20 с учетом изменения с температурой вязкости, числа Рг и других п араметров воздуха на основе экспериментальных данных до 1000° К и при температурах от 1000 до 1700°К, — на основе расчетов по кинетической теории газов. В области высоких температур воздух предполагался диссоциированным, исходя из чего учитывалось и влияние диссоциации на изменение свойств воздуха с температурой. Результаты подобного рода расчетов даны в виде таблиц и графиков. Из них видно, что при больших [c.265]