ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен в трубах и на стенках хорошо обтекаемых Сравнение теории с опытом из "Физические основы газодинамики применения ее к процессам теплообмена и трения" НОСТЬ использования обширных экспериментальных данных по сопротивлению для расчета теплообмена. Метод Рейнольдса— Прандтля, конечно, не является строгим, и выводы, полученные при его помощи, нуждаются в проверке и уточнении. Однако сам метод является простым и наглядным, чем и объясняется его большая популярность в технических кругах. Элементарная теория Рейнольдса — Прандтля кладется в основу теории теплообмена в технической литературе под названием гидродинамической теории теплообмена (см., например, [17, 18]). Оказалось, что эту теорию можно распространить на газодинамические течения, если учесть в них влияние теплоты трения на процесс теплообмена [19]. [c.101] Основная идея метода Рейнольдса заключается в том, что частицы жидкости (газа), переносящие из потока в пограничный слой количество движения, переносят также и тепло. [c.101] Пусть общая масса частиц, перешедших в единицу времени к единице площади стенки, будет М.. [c.102] Величины й и и в случае цилиндрической трубы примем за средние значения температуры и скорости по сечению или в случае пластинки—за температуру и скорость невозмущенной части потока вне пограничного слоя. [c.102] Из приведенных выше рассуждений вытекает, что специфической особенностью теплообмена в газодинамических потоках является сильное влияние теплоты трения на теплообмен. Правильность этого вывода подтверждается более строгими теоретическими расчетами (см., например, гл. VI) и опытами по теплообмену и сопротивлению в газодинамических потоках. [c.103] В котором при температуре газа, более низкой, чем температура стенки, все же тепловой поток направлен от газа к стенке. Отсюда видно, что теплообмен в газодинамических потоках протекает весьма своеобразно, глубоко отличаясь от конвекторного теплообмена при малых скоростях газовых потоков. [c.104] Указанные здесь особенности газодинамического теплообмена объясняют весьма интересное явление, наблюдающееся при истечении газа со сверхзвуковой скоростью — через трубу из резервуара, где он имеет температуру, равную комнатной. В самой трубе вследствие расширения газ имеет очень низкую температуру. Можно было ожидать по этой причине значительного охлаждения стенок трубы, что, однако, не обнаруживается. Изложенное выше разъясняет это странное на первый взгляд обстоятельство. [c.104] В формулу (25,8) для теплоотдачи входит напряжение сдвига у стенки —тд, которое всегда можно связать с коэффициентом сопротивления. Эта связь выражается разными соотношениями в зависимости от формы сечения канала или обтекаемого тела. Здесь необходимо подчеркнуть, что соотношение (25,8) применимо лишь в случаях, когда все гидродинамическое сопротивление сводится к силам в пограничном слое. Это будет иметь место в каналах со стенками, имеющими малую кривизну, и в случае хорошо обтекаемых тел, как-то пластинка, клин, конус — при равенстве нулю угла атаки. При наличии индуктивного сопротивления, получающегося вследствие срыва граничного слоя и образования вихревых следов за телом, что, например, имеет место для пластинки с углом атаки, не равным нулю, цилиндра с осью, перпендикулярной потоку и т. п., формула (25,8) неприменима. [c.104] Р — безразмерный параметр, часто употребляемый в теории теплообмена и называемый числом Пекле . Рг дается формулой (14,16). [c.105] Аналогичные рассуждения, что и в случае пластины, в принципе применимы и ко всем телам, обтекаемым двумерными потоками, плоскими и осесимметричными, с углом атаки, равным нулю, имеющими малую кривизну профиля в направлении скорости набегания потока. [c.106] Для таких тел, однако, под и следует подразумевать скорость потенциального течения у поверхности тела, которая, вообще говоря, будет отличаться от скорости набегания потока и является функцией координат точек контура обтекаемого профиля, определяемой из рещения для потенциального течения. [c.106] Здесь V — скорость невозмущенного потока, набегающего на тело р — безразмерный множитель, характеризующий гидродинамику потенциального течения вокруг данного тела. [c.107] Введенные здесь соотношения применимы к дозвуковым и сверхзвуковым турбулентным течениям в каналах и в пограничном слое у поверхности обтекаемых тел. В сверхзвуковых потоках, однако, надо учитывать влияние на течение в пограничном слое ударных волн, образующих поверхности разрыва термодинамических и гидродинамических параметров потока (скоростей, плотностей и т. д.) вблизи обтекаемого тела. [c.107] Роль этого фактора в процессах сопротивления и теплообмена будет рассмотрена далее. [c.107] Специфические трудности возникают также и при измерении коэффициента гидродинамического сопротивления. Для этого прежде всего необходимо измерять падение давлений, обусловленное именно только трением, а не изменением кинетической энергии газа в процессе течения. Эта величина не поддается непосредственному измерению. Далее нужно определить средние по сечению скорость и плотность газа. Измерение плотности сводится опять к измерению температуры и давления, если пользоваться для вычисления ее уравнением состояния, или скорости, если определить ее из расхода. [c.108] Здесь же мы в предварительном порядке остановимся на методике измерения теплопередачи в трубах, примененной Варшавским, Гухманом, Илюхиным и Тарасовой [20] и в дальнейшем—Лельчуком [21], и на полученных ими результатах. [c.108] Так как авторы измеряли только б, и 02, то, приняв, что 0 изменяется при течении газа в трубе по экспоненциальному закону, они вычисляли среднее значение 0 по длине трубы. Коэффициент теплоотдачи относился именно к этой средней температуре торможения. Таким образом, в этих опытах определялся средний по всей длине коэффициент а,. [c.109] Гухмана и др. (отмечены треугольниками). Прямая соответствует теоретическому уравнению (27,2). Из рисунка видно, что экспериментальные данные обеих работ подтвери дают теорию. [c.111] Такое подтверждение теория получила и в ряде других работ. [c.111] Вернуться к основной статье