Теплоотдача при продольном обтекании пластины

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 продольным

этоком 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 подслой цставляет 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 критерия Ке_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.

Дата добавления: 2014-01-04