Оглавление:
Понятие о теории пограничного слоя
- Когда твердое тело обтекает твердое тело с потоком жидкости или газа вблизи его поверхности, вязкая сила вызывает резкое падение скорости, которая равна нулю на поверхности объекта. Слой жидкости с наиболее значительным изменением скорости движения называется динамическим пограничным слоем. Теоретически изменение скорости можно наблюдать на большом расстоянии от поверхности, но вдали от тела изменение скорости незначительно. Мы договорились рассматривать толщину динамического пограничного слоя 6 как расстояние от твердой стенки до поверхности. Скорость составляет 99% от ненарушенного расхода,>»(рис. 5.3).
Толщина динамического пограничного слоя зависит от вязкости и скорости течения, а также от расположения поперечного сечения поверхности. Чем ниже вязкость жидкости, тем больше скорость, тем меньше расстояние от начала поперечного сечения Формирование пограничного слоя, пограничный слой становится тоньше. Переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному течению происходит при критическом значении критерия Рейнольдса*.Опыт и теоретические исследования показали, что для тонкой пластины, такой переход займет примерно И затем И 5.3 Расстояние HCR показано на рисунке. 5.1.
Гидродинамический пограничный слой начинается у переднего края плиты, а тепловой слой — у границы нагреваемой части плиты. Людмила Фирмаль
Возмущения, вызванные толстым краем пластины и другими факторами, вызывающими турбулентность в потоке, приводят к уменьшению Rec. Величина Рекр также зависит от направления тепловой нагрузки и тепла flux. As эксперименты показали, что удаление тепла из пограничного слоя вызывает увеличение Кевр (рис. 5.4). При изучении теплообмена можно использовать понятие термического пограничного слоя. Термический пограничный слой относится к области течения с резким изменением температуры перпендикулярно поверхности теплообмена(рис.5.5). Это критерий Кэ в турбулентном потоке. Точнее, есть целая область, и значительный пограничный слой трансформируется Давай посмотрим.
Теоретический анализ показывает, что существует ламинарный пограничный слой* 13.19） Где 6t-толщина теплового пограничного слоя. В результате при Pr = 1 толщина теплового и динамического Пограничный слой такой же. Для Pr (значение такого числа Это заблуждение, но в Pr> 1-верно обратное. Если значение Re велико, как показано ниже Ага. 0.7 O, 0.3 1.0 1.1 1.2 T» / T, и——————- 1— Рисунок 5.4, рисунок 5.5 Он будет меньше. Если толщина динамического пограничного слоя мала, то давление по всей толщине можно считать постоянным(другое! Дю = 0). Расчетные формулы для определения коэффициента теплопередачи могут быть получены на основе теории динамических и тепловых пограничных слоев.
Дифференциальные уравнения динамического пограничного слоя получены на основе дифференциальных уравнений движения и непрерывности. Получаем дифференциальное уравнение ламинарного пограничного слоя. В случае двумерного стационарного течения несжимаемой жидкости, пренебрегающего влиянием гравитационных массовых сил на распределение скоростей в системе, уравнение движения проекции на ось x можно записать из (2.32) следующим образом: Скорость у > X изменяется от 0 до 0 в пограничном слое.
- Таким образом, значение производной может быть описано следующим образом. Аналогично вдоль оси x может происходить изменение скорости от 0 до u на длине, равной характеристическому размеру I. И так оно и есть.、 ЦОР * du1 анализ порядка величины, входящего в уравнение движения, описываемое для оси y, позволяет получить это уравнение в виде. Поэтому для двумерного пограничного слоя давление зависит только от координаты X. Учитывая этот вывод и неравенство(5.23), формулу (5.20) можно записать в следующем виде: Вш,, дш, Лр, Ршг pa> _ _ / _ RA _ l——— ^-+ п— Да, знаю.
Записано уравнение неразрывности для двумерного несжимаемого пограничного слоя (5.25 )） = 0. (5.26） Аналогично получено дифференциальное уравнение для ламинарного теплового пограничного слоя. В двумерной постановке задачи и в стационарном состоянии теплообмена без внутреннего источника тепла дифференциальное уравнение энергии (2.15) может быть выражено в виде: （ (5.27） Анализ порядка величины производной температуры по координатам позволяет сделать вывод о том, что толщина теплового пограничного слоя мала. (д | /» ’ С учетом этого формулу (5.27) можно переписать в следующем виде: Д1, Д1 П»П «-Т7 Р-Р «’ Т7 Это уравнение включает в себя компонент потока.
Пусть необходимо рассчитать теплоотдачу от плоской плиты, имеющей постоянную температуру потоку жидкости, обладающему постоянной скоростью. Людмила Фирмаль
Таким образом, термический пограничный слой описывается системой дифференциальных уравнений, в которую, помимо уравнения (5.29), входят уравнения (5.25) и (5.26). (5.28)） (5.29)） Аналогично можно получить дифференциальные уравнения для турбулентных динамических и тепловых пограничных слоев на основе уравнений движения и энергии, записанных в виде (2.34) и (2.19). В теории пограничного слоя, помимо дифференциальных уравнений, часто используются интегральные уравнения. В следующей главе рассматривается несколько форм интегральных уравнений пограничного слоя.
В качестве аналитической основы для получения формулы расчета коэффициента теплоотдачи использованы дифференциальные и интегральные уравнения динамического пограничного слоя и теплового пограничного слоя. Решение этих уравнений требует использования дополнительной информации, полученной из опыта в виде эмпирических коэффициентов или зависимостей, особенно для турбулентных пограничных слоев. Используйте уравнения динамического пограничного слоя для определения напряжений трения и поверхности теплопередачи и на их основе определите коэффициент теплопередачи, основанный на соотношении между теплопередачей и трением.
Используя уравнения теплового пограничного слоя, оценивается распределение температуры и определяются последующий тепловой поток и коэффициент теплопередачи. Теория пограничного слоя широко используется при получении формулы для расчета коэффициента теплопередачи. Однако полученные результаты не всегда обладают высокой точностью, поскольку при создании уравнений пограничного слоя и их решении вводятся упрощенные допущения, поэтому теоретическая формула требует экспериментальной проверки.
Смотрите также:
