Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 53
Текст из файла (страница 53)
В то жг время, когча Т,=Т„получаем нз нее, что дг О, хотя в этом случае д,чьО (кривая Зб). Необходимо учесть то обстоятельство, что прн течении с большой скоростью температура в пограничном слое повышается за счет вьщеления теплоты тревия. Для этого в уравнение Ньютона — Рихмана вместо Т, вволят аднабатную тенпе- РатУРУ Т,. Тогда 4' (Т вЂ” Т) и 4 =-и!Т + ~ у т (П 24) Зсэ Прн небольших скоростях, когда член г(иД/2с ) намного меньше Ть вта формула перехолит в ранее использовавшееся уравнение Ньютона — Рихмана, так как членом г(юз(2сг) можно пренебречь.
Теоретические и экспериыентальные исследования гюказывают, что прп определении и согласно формуле (11-24] для расчета коэффициентов теплоотдачи при течении газа с Лоэвуковой скоростью можНо попользовать критернальные уравнения для несжимаемой жидкости, прпнеденныг ранее. При повышенаи скорости э критериальных уравнег~ггях необходимо учитывать влияние Д и М. При больших скоростях газа параме"ры потока существенно изменяются как по сечению канала, так н по его длине. Ввиду этого представляет интерес знание локальных коэффнцнептов теплоотдачн.
А. С. Сукомелом, В. М. Мухиным и В. Н. Величко (Л. 13Ц получено, *по местные коэффициенты теплоотлаги прп охлаждении турбулентного потока воздуха, текущего в круглой пряттой трубе со сверхзвуковой скоростью н большимн температурными напорами, могут быть определены по уравнению „! О ~)(зз! зм(Т)Т),„ (11-25) Физнческне параметры в этой формуле отнесены к средвей терыодинамической температуре газа Т„в рассматриваемом сечении. Опрелеляющпм размером яюшется внутренний диаметр трубы.
В критерий 1тейнольдса входит средняя н дэшюм сечении скорое~в газа. Т!оправка гз учнтйвает изменение теплоотдачи по длине трубы. При наличии турбулентного пограничного слоя с самого начала трубы и (х(д) < 15 е~= 1,38г(х(б)ьм, где х †.продольная кгюрдпвата, отсчитываемая от начала трубы. Прв хМЗ."!б з~= 1. В опытах (!!. 1ЗЦ теьшерэтура воздуха на входе в трубу изменялась от 200 до 800'С, этому соответствовало изменение температурного фактора Ос=у,)Ть, от 0,3 до 1. Числа М на входе в трубу изменялись ат О,! до 4; значения Ке достигали 7 ° 10'.
Множитель учитывает влияние эффектов, характерных для течении быстролвнжу- щегося газа. Коэффициент тсплоотла |и при этом определяется по фор- муле (П-24). 254 Вугсперииентальуяо определенная зависимость теплоотдачи ат Т,(Те показана на рис. П-9. При М<! значение (Т[То)овх чало отлнчается ат единицы. Квк следует из [Л. 1ЗЦ, при использовании в виде определяющего разяяера продольной координаты х величина поправки меняпгся.
Вэтом случае вместо (Т[уя)отт она равна (Т,(То)ои. В остальном формула лля коэффициента теплоотдачи близка к форя|упе л'тв ~, [. (У-ай), рекомендованной ' ~ [ , '° % ! в потоке несжимаемой у ном пограничном слое. ту ------,-- ат яю больших скоростях газа Щ развитие процесса тепло- , '' ( ' ~ гтт ! у,з тпанн П НаЧВЧЕ тРУбм '4з 4о 4у лв 07 лв 4н ув подобно развитию процесса теплоотдачи прн рне ы-э.
Те воотв ев еже»ее»ото вто орн турбу- ве|пво» те»евин о пронах нруттж трубах. обтекании пластины. Местные коэффициенты теплоотдачн при прпдальном омываиии пластины турбулентным погранпчнын слоем в этом случае моякно рассчитывать па формуле й[п,„= 0,0296)(ек~ Рго'а (Г„[ТАн Интыяснвность теплсотпачн при ламинарном пограничном слое значительно меньше, чем при турбулентном. Обеспечение ламиварной формы течения в погранярянояя слое может являться метадон тепловой защиты твердой поперхнбстп, обтекаемой высокоскоростным потоком газа с больцюй температурой.
Пря нагреве газа его вязкость повьпцаетсн. В результате в некоторых устройствах турбулентный пограничный ело(г может перейтп влаиииариый. ят е. ТяплаОтдАчА рАзрежаннык ГАВОв При рассмотрении процессов конвектнвного теплообмена ны нсхо. дили из предполоукеиия, чта газ можно считать континуумом, т. е. пренебрегать ого дискретныяг строенпеы. Однако при малых абсолютных давлениях (влц малых размерах тел, участвуюуцих в теплообмене с газом) явление передачяя тепла можно объяснить только н том случае, если прина~о эо внимание ыолекулярное строение вещества.
При этом представление газа в виде ковтннууыа оказывается непригодным. Прн течении разреженного газа изменяются и граничные условна. Газ, непосредственна прилегающий к поверхности омываемою тела, яе имеет скорости и температуры поверхности тела, т. е. на границе раздела имеютместо ескольженнен газа и скачок температур. Как известно, газ яюжно представить в паде множества молекул, лвнжущихся прямолинейно па всех направлениях.Прн своем движении молекулы нерварежениого газа непрерывно стзлниватотся друг с лругоы.
В результате столкновений скорости н направления движения молекул изменяются. По мере уменьшения давления соударения молекул происходят все реже и реже. Средняя длина пути Т, проходимого молекулой между двумя последовательными соудареннямп с другими молекулами, называется средней длиной свободного пробега. 11з кинетической теории газов известно, что ! 1 .=-- — ' )'2 (! 1-2?) где с †- средняя скорость молекул газа, лг(с; и†число столкновений за ! с; и†число л~олекул в единице объема; о — эффективное сеченяе молекулы.
Эффективное сечение определяется расстоянием, на которое сблп- жак~тся молекулы при столкновении, т. е расстояпнеь, при котором сила взаимодействия между.молекулами вызывает заметное изленение . пап веления их лепження, 2 -слн представить соударяющпеся молекулы в виде жестких гпариков, то эффективное сечение о будет равно пп"", где 3= — ггч-гх, а г, н гав радиусы сталкивающихся ьголекул. Для обычных молекулярных газов пря нормальных условиях (дав- ление около 0.1 МПа и температура 273 К) средняя длина свободного пробега нчеет величину порядка !О г и. Величина 7, как следует из формулы (11-27], обратно вропорцвональна числу молекул е единице объема н, следовательно, обратно пропорциональна давлению. При низ.
кнх давлениях средняя длина свободного пробега достигает очень боль- ших значений. Так, иаприьгер, црп р=0,133 Па средняя длина свобод- ного пробега достигает примерно 7 см, а пра р=О,!33 ° 10-з Па— около 7 км. Таким обрааом, чем меньше давление газа, тем больше 7 и тем меньше вероятность соударения молекул.
При низких давленнях моле- «улы могут пролетать расстоянии от одной стенки канала к другой, не сталкиваясь друг с другозь Согласно форыуле (11-27) 1 обратно пропорциональна эффектив- ному сеченшо молекулы о, которое зависит от скорости молекул, так как прн одной и той же силе взаимодействия быстрые молекулы испы- тывают меньшее отклонение от своего пути, чем ыедленные.
Поахал~у чеи больше скорость молекул, тем болыпе должна быть сила, вызываю- щая нх отклонения, тем меньше должно быть расстояние между ними прн столкновении н, следовательно, тем меньше должно быть расчетное поперечное сечение молекулы. Так как кинетическая энергия нолекул является мерой температуры газа, то и уменьшается с увелнчением 1, а средняя длина свободного пробега увеличивается. Таким образом, среднян величина свободного пробега молекул увеличивается прп понижении давления и увеличении текперату- ры газа.
Прн своем даижеяни молекулы могут столкнуться с поверхностью тела. Полагают, что после удара молекула может или зеркально отра- зиться от поверхности, или некоторое время оставаться ив поверхности, а затем уже перейти в объем газа. Продояжительность пребывания молекулы на поверхности зависит от места и природы поверхности и природы самой молекулы, теьшературы поверхности, кинетической энергив ыолекулы н некоторых других факторов.
Явление задержки молекулы на поверхности тела называется адсорбцней. Реэмнссня (непускание) адсорбированных хюлекул происходит так, что молекулы 233 симметрично рассеиваются по всем направленвям полусферы — процсход!гг дуффуз нос непускание молекул'.
Характер взаимодействия молекул газа со стенкой имеет важноЕ значение лля оценки теплсютдзчи Теплоотдача происходит вследствие обмена энергией между молекулами и поверхностью тела. Когда молекула падает на поверхность тела, она может отдать последней определенную энергию. Полагают, что полный теплсобмен происходит тогда, когда время пребывания молекулы на поверхности много сюльше периода колебаний молекул тела.
Если арена контакта меньше, теплообмен не будет полным. Степень «полногьм теплообмена характернзуют коэффициенты акко- и о д а ц н н, опредсляемые очедующим выражением: д — и (11-28) адесь Š— средняя энергии молекулы, падающей на поверхности тела. Ео — средняя энергия той же молекулы после ее контакта с телом (еотраження» от тела); Ес — средняя энергия молекулы, сишветсгвующая температуре поверхности стенки. Такпм образом, коэффициент аккоьюдации представляет собой отношение действительного обмена энергией к максимально поаможному.
При мгновенном зеркальном отражении молекулы ее энергия нс изменяется, т. е. Е =Ее и у=-О. При полном обмене энергией Ее=Е, н у 1. В проь~ежуточных случаях Ее принимает значение между Е ч Е, н величина коэффшгиента аккомодацни меняется тогда между О и 1. В общем случае можно определять коэффициент аккоьтодации для различных категорий энергии молекул (энергии поступательного движения и энергии вращения и колебання). Так как для воабуткдения колебательных степеней свободы требуется много соударения, то обычно коэффициент аккомодапни колебательптий энергии приинматот равным нулю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
