Понятие о пограничном слое

Теоретическое рассмотрение, задач конвективного теплообмена основывается на использовании теории пограничного слоя, созданной Л. Прандтлем в начале XX столетия (1904 г.).

Рассмотрим процесс продольного омывания какого-либо тела безграничным потоком жидкости с постоянной скоростью течения м>о (рис.2.17). Вследствие влияния сил трения в непосредственной близости от поверхности тела скорость течения должна очень быстро падать до нуля. Тонкий слой жидкости вблизи поверхности тела, в котором происходит изменение скорости жидкости от значения скорости невозмущенного потока вдали от стенки до нуля, непосредственно на стенке, называется гидродинамическим пограничным слоем (рис. 2.17). Толщина этого слоя 3 возрастает вдоль по потоку.

С увеличением скорости потока толщина гидродинамического пограничнбгб слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. Напротив, с увеличением вязкости толщина гидродинамического слоя увеличивается.

У

А Щ,		"•.
	"" к)	Л
	./
	У
	X —►

Рис. 2.17. Гидродинамический пограничный слой

Течение в гидродинамическом пограничном слое может быть как турбулентным 1, так и ламинарным 2 (рис. 2.18). В зависимости от характера течения жидкости гидродинамический пограничный слой также бывает ламинарным и турбулентным с соответствующей толщиной [8д и дт).

Необходимо отметить, что в случае турбулентного гидродинамического пограничного слоя непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой жидкости, движение в котором имеет ламинарный характер. Этот слой называют ламинарным подслоем 3.

Если температуры стенки и жидкости неодинаковы, то вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой, в котором происходит все изменение температуры жидкости (рис. 2.19 а). Вне пограничного слоя температура жидкости постоянна и равна {о- В общем случае толщины теплового и гидродинамического слоев могут не совладать (рис. 2.19 б).

Рис. 2.18. Ламинарный и турбулентный пограничные слои

обогреваемая часть пластины

Рис. 2.19. Тепловой пограничный слой (а) и соотношение толщин теплового и гидродинамического пограничного слоев (б)

Соотношение толщин динамического и теплового пограничных слоев различны. Например, для большинства жтдидкостей толщина гидродинамического пограничного слоя больше толщины теплового пограничного слоя (д_гд > Зте_т). Для газов толщины слоев приблизительно одинаковы (<5_га = б_тет). Для жидких металлов тепловой пограничный слой проникает в область динамического невозмущенного потока (<5_гд < 8_тет).

Механизм и интенсивность переноса теплоты зависят от характера движения жидкости в пограничном слое. При распространении теплоты в направлении, перпендикулярном направлению движения потока жидкости, основные препятствия представляют ламинарный пограничный слой и ламинарный подслой, в которых теплообмен происходит главным образом за счет теплопроводности, т. е. медленно. Однако у внешней границы слоя, где температура по нормали к стенке меняется незначительно, преобладает перенос теплоты конвекцией вдоль стенки.

Дата добавления: 2014-01-04