Теплопередача при поперечном обтекании одиночного цилиндра.

Ответы на вопросы

Организационно-методические указания лаборантскому составу:

- подготовить к демонстрации мультемедийную систему

Цилиндрические тела очень распространены в технике. Особенности теплообмена связаны с закономерностями обтекания тел. Случай поперечного обтекания цилиндра достаточно сложен. В зависимости от числа Re различают три характерных режима обтекания:

1) Ползучее течение Re<5.

2) 5<Re<1×10⁵ – ЛПС отрывается от поверхности цилиндра и образуется неравномерности, которые образуют т.н. «дорожку Кармана».

3) Re>10⁵ – переход оп ЛРТ к ТРТ, а затем ТПС отрывается от поверхности цилиндра и переходит в мелкие вихри.

Необходимым и достаточным условием отрыва от поверхности тела является:

1) Наличие положительного градиента давления.

2) Действие сил вязкости.

При j<90⁰ по мере продвижения потока по поверхности цилиндра живое сечение для потока уменьшается. Скорость движения у поверхности растет. Давление уменьшается.

j>90⁰ – сечение увеличивается, скорость падает, а давление увеличивается.

Возле стенки поток тормозится силами трения. Отрыв возникает вследствие того, что кинетической энергии потока в пристеночной области из-за действия сил вязкости не хватает для определения положительного градиента давления. Вследствие этого у стенки возникает обратное течение, оттесняющее основной поток от поверхности тела. Т.е. возникает отрыв потока от поверхности тела.

При небольших числах Рейнольдса (Re<1×10⁵) течение в ПС вплоть до точки отрыва является ламинарным. Отрыв потока происходит при j=80–85⁰.

При Re>1×10⁵ прежде чем происходит отрыв в ПС происходит переход от ЛРТ к ТРТ. положение точки перехода является функцией числа Re и степени турбулентности потока.

,

j=140⁰ для ТПС.

Смещение точки отрыва вниз по потоку объясняется тем, что профиль скорости ТПС более заполнен. Энергия потока в ТПС велика и он может дальше продвинуться по течению против положительного градиента давления.

Исходя из рассмотренных особенностей обтекания, рассмотрим изменение a по поверхности цилиндра для двух наиболее важных режимных областей.

1) Re<10⁵ – первая режимная область.

1– точка отрыва ЛПС.

2) Re>1×10⁵.

1– точка перехода от ЛПС к ТПС, 2– точка отрыва ТПС.

Для расчета средней теплоотдачи с поверхности цилиндра существует множество экспериментальных формул:

Pr=1.7…100, q_c=const, Tu<1.0%, 40<Re10³ – ;

10³<Re<2×10⁵ – ;

10³<Re<2×10⁵ – ;

Важно также вводить поправку при Tu>1.0% e_Tu=Tu^0.15.

Бывают случаи, когда цилиндр под углом, тогда в формулы вводят поправку

e_b=1–1,54cos(b), где b – угол между направлением потока и цилиндром.

b

Дата добавления: 2014-01-14