ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перенос тепла в газах при высоких скоростях из "Теория тепло- и массообмена" Некоторый материал по затронутым вопросам будет изложен в разделе 9-1 с привлечением анализа размерностей и в разделе 10-3, в котором будет рассмотрев перенос тепла в газах при низких плотностях. [c.327] Более детальное обсуждение не входит в задачу этой книги [Л. 145]. [c.328] В следующих параграфах будут рассмотрены основные вопросы высокоскоростных потоков газа, такие, как различие между статическими и общими состояниями и измерение параметров состояния. Сведения по температуре восстановления, которую принимают ненагретая плоская пластина и цилиндр в высокоскоростном потоке газа, будут представлены, так же как и зависимости, которые позволяют вычислять перенос тепла для плоской пластины в потоке с одинаковой скоростью для ламинарных и турбулентных пограничных слоев с точностью, достаточной для проектных целей. [c.328] Состояние газового потока определяется скоростью и двумя параметрами состояния. Легче всего измерить давление и температуру при этом следует различать два состояния. В первом случае давление и температура измеряются приборами, которые движутся вместе с газом. Такое состояние называется статическим и определяется статическим давлением Pst и статической температурой. Важность статического состояния следует из того факта, что, за исключением крайних случаев, для наблюдателя, движущегося вдоль с потоком, газ в небольшой области ведет себя так же, как и газ в состоянии покоя и равновесия. Это означает, что, например, плотность в потоке может быть вычислена из уравнения состояния, используя статическое давление и температуру. Вязкость, теплоемкость и теплопроводность являются также функциями статического давления и температуры. Статическое давление можно измерять через небольшое отверстие в стенке, параллельной направлению потока. Измерение статической температуры — более трудная задача. В настоящее время не имеется еще простого прибора для измерения этой величины [Л. 146]. [c.328] Приборы, которыми может быть измерена средняя температура торможения, существуют и будут скоро рассматриваться. Важность изучения заторможенного состояния отчасти заключается в том, что общее давление и температура торможения могут быть сразу же измерены. Эти измерения вместе с измерением статического давления также косвенно определяют статическую температуру и статическое состояние. Для идеального газа с постоянной теплоемкостью абсолютная статическая температура Tst может быть вычислена из соотношения, справедливого для изоэвтропического процесса TstlTT— pst/pTf - Для газа с переменной теплоемкостью определение Tst может быть сразу же сделано с помощью составленных таблиц для газов [Л. 147]. [c.329] Измерения рт, pst, Тт позволяют определить скорость V в точке, где были сделаны измерения. Величины рт и Тт определяют энтальпию 1т, а величины pst и Tst определяют энтальпию ist, которая, папример, может быть получена из таблиц для газов. Для адиабатического замедления до нулевой скорости, а следовательно, также и для изоэнтропи-ческого может быть записано уравнение (10-9). [c.329] Так как уравнение (10-10) выведено на основании первого закона термодинамики, то оно справедливо не только для случая изоэнтропического изменения скорости, но и для тех случаев, когда скорость падает до нуля без притока или оттока тепла и без приложения внешней работы. [c.330] В пределах пограничного слоя у поверхности скорость падает благодаря действию трения и кинетическая энергия превращается в тепловую. Этот процесс, однако, связан с обменом тепла и работой между различными слоями газа, даже в том случае, когда твердая поверхность не обменивается теплом с омывающим газом. Поэтому температура газового слоя у поверхности твердого тела, обладающего кулевой скоростью, может быть либо выше, либо ниже температуры торможения потока. Если твердую поверхность не нагревать, например тепловыми лучами, и не охлаждать, например путем отвода тепла от поверхности внутрь твердого тела, то стенка приобретает ту же температуру, что и газ. [c.330] Температура, которую приобретает ненагреваемая стенка, омываемая газом, называется температурой восстановления стенки Тт, а разность между этой температурой и статической температурой Tst газа обозначается символом Ог. [c.330] Не существует различия между температурным и эн-тальпийным коэффициентами восстановления до тех пор, пока теплоемкость может быть принята постоянной. Коэффициенты восстановления, вычисленные таким образом, находятся также в хорошем согласии с измеренными величинами. Для ламинарного. воздушного потока при средних температурах коэффициент восстановления равен 0,84. В турбулентном потоке пограничного слоя воздуха на плоской пластине была измерена величина 0,88. В переходной области между ламинарным и турбулентным пограничными слоями коэффициент восстановления возрастает от величины 0,84 до пика и затем уменьшается до турбулентной величины 0,88 (рис. 10-2). [c.331] Локальных коэффициентов восстановления йспоЛьЗовалосЬ уравнение (10-13), в которое подставлялись измеренные температуры поверхности, скорость и статическая темшера-тура потока. Результаты вычислений показаны иа рис. 10-3. [c.332] В сверхзвуковых потоках в областях с оторвавшимся потоком низкие температуры не наблюдались. [c.332] Часть потока вьиходит из трубки через отверстие 6 остальная часть потока вьи-ходит из трубки через отдаленный конец ее с. Клапан в этом месте служит для того, чтобы регулировать силу двух потоков воздуха. [c.333] Найдено, что средняя температура воздуха, покидающего трубу через отверстие Ь, значительно ниже (38° С при 2,8 кГ см давления на входе), чем температура воздуха верхнего потока во входном сопле. [c.333] Если температура поверхности тела выше температуры восстановления, тепловой поток направлен в обратную сторону, т. е. от стенки к газу. [c.336] Штриховая кривая обозначает профиль температуры торможения в пограничном слое для случая, в котором тепло не поступает в стенку. Видно, что температура торможения для некоторого расстояния от стенки ниже, чем в потоке вне пограничного слоя, в то время как слой, расположенный дальше от поверхности, имеет температуру выше, чем для свободного потока. Поэтому высокоскоростной пограничный слой разделяет воздух на части с низкой энергией и высокой энергией, так же как и вихревой поток в трубке Хильша. При той же скорости, однако, разности температур значительно больше в вихревом потоке. [c.336] Все свойства вводятся в эти формулы при исходной энтальпии, определенной уравнением (10-16). [c.337] Вернуться к основной статье