Теплоодача при продольном обтекании пластины.

Если плоская поверхность пластины омывается потоком с равномерным распределением скоростей, то, начиная от

передней кромки пластины, на ней образуется гидродинамический пограничный слой. В нем 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. Опыты показывают, что переход от ламинарного режима течения

к турбулентному происходит не мгновенно, а постепенно на некотором участке, течение на котором

называется переходным. О режиме течения в пограничном слое судят по величине числа Рейнольдса. Так, ламинарный

режим течения в пограничном слое имеет место при Re_ж,l < 3×10⁵ и разрушение ламинарного слоя зависит от степени

турбулентности набегающего потока. При наличии разности температур между потоком жидкости и пластиной у

поверхности последней 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, температурного напора и направления теплового потока, являющихся функцией

температуры. Особенное значение имеет изменение вязкости жидкости в пограничном слое. При малых скоростях те-

чения жидкости большое влияние на теплоотдачу оказывает естественная конвекция. Для определения среднего

коэффициента теплоотдачи пластины,омываемой продольным потоком жидкости при ламинарном режиме в погранич-

ном слое, можно рекомендовать следующую приближенную формулу при значениях чисел Re_ж,l < 3×10⁵:

Nu_ж,l = 0,664·Re_ж,l ^0,5·Pr_ж^0,33 ·e_t. Здесь за определяющую температуру принята температура набегающего потока; за определяющую скорость – скорость набегающего потока; за определяющий размер – длина пластины по направлению потока. При турбулентном гидродинамическом пограничном слое у поверхности пластины образуется тонкий слой ламинарно текущей жидкости, называемый ламинарным подслоем, в котором происходит основное изменение скорости потока. Также в ламинарном подслое происходят почти все изменение температуры текущей жидкости, т. е. ламинарный подслой представляет главное гидродинамическое и термическое сопротивление.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при турбулентном пограничном слое (Re_ж,l > 3×10⁵) рекомен-дуется уравнение: Nu_ж,l = 0,037·Re_ж,l ^0,8·Pr _ж^0,4 ·e_t.

[Если плоская поверхность пластины омывается безграничным потоком с равномерным распределением скоростей, то начиная от передней кромки пластины на ней образуется гидродинамический пограничный слой. В последнем 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.

При наличии разности температур между потоком жидкости и пластиной у зоверхности последней кроме гидродинамического образуется также и тепловой гогранйчный слой. В пределах теплового пограничного слоя температура жидкости

«меняется от температуры потока вдали от пластины до температуры, равной температуре

юверхности пластины (см. п. 2.3.2). ■■ Анализ опытных данных показывает, что коэффициент теплоотдачи зависит не

только >т изменения характера течения жидкости (ламинарного или турбулентного), но и от рода

шдкости, ее температуры, температурного напора и направления теплового потока, вляющихся функцией температуры. Особенное значение имеет изменение вязкости здкости в пограничном слое. Кроме того, при малых скоростях течения жидкости большое лияние на теплоотдачу оказывает естественная конвекция. В связи с тем, что влияние всех гих факторов на теплоотдачу в настоящее время в достаточной степени не выявлено, для зределения среднего коэффициента теплоотдачи пластины, омываемой продольнымэтоком жидкости при ламинарном режиме в

пограничном слое, можно рекомендовать гедующие приближенные формулы академика М. А. Михеева при значениях чисел ^/<4-10⁴: Ш_ж1 =0,66Ке^Рг°_ж"\Рг_ж1Рг_ст^¹⁵ . (2.109)

Для воздуха при Ке_Ж1 < 4Т О⁴ формула (2.109) упрощается:

Л^=0,57^. : ^ (2.110)

В этих формулах за определяющую температуру принята температура набегающего ока (Рг_ш берется по температуре стенки); за определяющую скорость - скорость 'егающего потока; за определяющий размер - длина пластины / по направлению потока. 1яние естественной конвекции на теплоотдачу в этих формулах не учитывается.

При турбулентном гидродинамическом пограничном слое у поверхности пластины азуется тонкий слой ламииарно текущей жидкости, называемый ламинарным подслоем, в эром происходит основное изменение скорости потока. Также в ламинарном подслое исходят почти все изменения температуры текущей жидкости, т. е. ламинарный подслойцставляет собой главное гидродинамическое и термическое сопротивление.

В настоящее время расчет конвективной теплоотдачи обычно производят по экспериментальным формулам. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи капельных жидкостей при турбулентном пограничном слое у поверхности пластины М. А. Михеев рекомендует при значениях критерияКе_ж\> 4-10⁴ следующее уравнение: Ш_ж1= 0,037'Ке^Рг^\Рг_ж/Рг_ст)°'²⁵. Л'У(2.111)Для воздуха при Рг_ж = сопз*уравнение упрощается и принимает вид Щ_ж1 = 0,032*4? . (2.112)

В уравнениях (2.111) и (2.112) за определяющую температуру принята температура

жидкости вдали от пластины; за определяющий размер берется длина пластины по направлению потока. ..:,*■._,.■

Опыты показывают, что при развитом турбулентном течении жидкости теплоотдача не зависит от числа Ог и, следовательно, в передаче всего количества теплоты принимает участие не естественная, а вынужденная конвекция.]