Теплообмен при вынужденном движении жидкости вдоль пластины

Теплообмен при вынужденном движении жидкости вдоль пластины.

При омывании безграничным потоком с равномерным распределением скоростей, плоской поверхности пластины то, начиная от  ее передней кромки , на ней образуется гидродинамический пограничный слой, котором вследствие трения скорость жидкости изменяется от скорости, равной скорости невозмущенного потока, до нуля. Течение жидкости в пограничном слое может быть как ламинар­ным, так и турбулентным.

Исследования показывают, что  переход от ламинарного режима течения к турбулентному, происходит не мгновенно, а постепенно на некотором участке, течение на  котором называется переходным.

Режим течения, в пограничном слое характеризуется  величиной числа Рейнольдса.Так, .ламинарный режим течения в пограничном слое имеет место в изотермичных потоках при Re_жl < 5 * 10⁵, а в неизотермичных – при Re_жl <,4 * 10⁴ ,  разрушение ламинарного слоя зависит от степени турбулентности набегающего потока. При наличии разности температур между потоком жидкости и пластиной у поверхности кроме гидродинамического образуется также и тепловой погра­ничный, слой. В пределах теплового пограничного слоя температура жидкости изменяется от температуры потока вдали от пластины до температуры, равной температуре поверхности пластины.

Анализ опытных данных показывает, что коэффициент теплоотдачи зависит не только от изменения  характера течения жидкости (лами­нарного или турбулентного), но и от рода жидкости, ее температуры, температурногонапора  и направления теплового потока.

*Индексы «ж» и «l »  обозначают, что значения величины Re берутся по температуре жидкости и длине пластаны по направлению потока.

При малых  скоростях течения на теплоотдачу большое влияние оказывает естественная конвекция.

             Для определения среднего коэффициента теплоотдачи пластины, омываемой продольным потоком жидкости при ламинарном режиме в погранич­ном слое можно использовать приводимые  приближенные формулы М. А. Михеева при значениях чисел Re _ж.l> 4*10⁴:

Рекомендуемые материалы

Для воздуха при Re<4 * 10⁴   :

В этих формулах за определяющею температуру принята тем­пература набегающего потока (Рг_ст берется по температуре стенки); за определяющую скорость — скорость набегающего потока; за опре­деляющий размер — длина пластины по направлению потока: Влия­ние естественной конвекции на теплоотдачу в этих формулах не учиты­вается.

При турбулентной гидродинамическом пограничном слое у поверх­ности пластины образуется тонкий смой ламинарно текущей жидкости, называемый ламинарным подслоем, в котором происходит основное изменение скорости потока. Также в ламинарном подслое происходят почти  все изменения температуры текущей жидкости, т.е.  в ламинарным подслое наблюдается наибольший градиет изменения скорости и температуры, что характеризует  главное гидродинамическое и термическое со­противление. При проведении тепло-гидравлических расчетов теплообмена и гидравлического сопротивления потока вдоль пластины используют обобщающие эмпирические безразмерные зависимости, полученные на основе натурных испытаний.

Для режимов течения с Re>4•10⁴ Михев М.А. рекомендует применять зависимость:

,

Для воздуха при Рr≈ 0.7

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Моделирование в маркетинге.

При развитом турбулентном  режиме течения  влияние естественной конвекции, характеризуемой критерием Грасгофа (Gr), незначительно и не учитывается.

Интенсификация теплообмена достигается обновлением пограничного слоя, разрушением сформировавшегося пограничного слоя с помощью турбудизаторов (небольших выступов), за которыми образуется вихревая зона, разрушающая старый пограничный  старый слой, после которой снова начинает формироваться новый пограничный слой: