ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перенос тепла в разреженных газах из "Теория тепло- и массообмена" При обычном рассмотрении переноса тепла в газах структура газа считается оплошной и поэтому не требуется привлечения представлений о молекулярном строении газа. Поток и явления переноса тепла при таких условиях непрерывности среды могут быть адекватно выражены через критерии Рейнольдса, Маха, Нуссельта и Прандтля. Однако при малых абсолютных давлениях газ частично теряет характерные свойства непрерывности и появляются являения, которые могут быть объяснены, только если принимаются во внимание представления о молекулярном строении газа. Изучение аэродинамики потока и переноса тепла в.разреисенных газах начато сравнительно недавно, и еще много основных вопросов надо разрешить путем анализа и эксперимента. [c.339] Одним из первых успехов в кинетической теории газов было предсказание того удивительного факта, что динамическая вязкость и теплопроводность идеальных газов независимы от давления. Это означает, например, что определенное количество тепла передается через неподвижный слой газа при данных температурных условиях независимо от давления газа. Применяя упрощенные понятия, мы выведем выражения для вязкости и теплопроводности. Кинетическая теория объясняет напряжения трения в текущем газе тем, что молекулы движутся вперед и назад между слоями газа, текущими с различными скоростями. Таким образом, молекула из низкоскоростного слоя газа может попасть в слой газа, движущийся с большей скоростью, где после нескольких столкновений ее скорость увеличивается, а скорость столкнувшихся с ней молекул уменьшается. Таким образом, между слоями газа происходит обмен количеством движения. Это же движение молекул вызывает обмен энергией, когда в газе имеют место разности температур. [c.340] Т — абсолютная температура. Поэтому [1, как видно, не зависит от давления. [c.342] Соотношение (10-27) очень хорошо согласуется с величинами критерия Прандтля, вычисленными по результатам измерений. [c.343] При обычных давлениях расстояния между молекулами, даже в газах, где межмолекулярные расстояния очень велики по сравнению с твердыми телами и жидкостями, являются намного меньшими, чем размеры тела, с которыми мы обычно имеем дело нри расчетах теплообмена, и поэтому понятие сплошного газа здесь полностью применимо (газ рассматривается как континуум). [c.344] Для двухатомного газа при у = 1,4 Кп 1.48 . [c.344] Для чрезвычайно низких плотностей величина среднего свободного пробега % является значительно большей, чем любой характерный размер тела I. В этом случае молекулы, покидающие поверхность тела, не сталкиваются с молекулами свободного потока до тех пор, пока они не будут находиться далеко от поверхности.. Как первое приближение в таком случае молекулярное распределение в области, отдаленной от поверхности, может быть принято неискаженным, т. е. Максвелловским, так что поток возле тела можно рассматривать с точки зрения взаимодействия между свободными молекулами и поверхностью. Такой режим потока называется свободным молекулярным потоком или п от о ко м К н у д с е н а. [c.346] Следовательно, этот член имеет порядок величины, зависящий от величины критериев Маха и Рейнольдса, и, исходя из рассмотренных ранее соображений, не является пренебрежимо малым в области скользящего потока. Другие члены уравнения Барнетта имеют такой же порядок величины. [c.348] Плоская пластина. Ламинарный скользящий поток на плоской пластине при нулевом угле атаки может быть рассмотрен на примере задачи Релея для импульсивно запущенной пластины. В этом случае могут быть упрощены выражения для инерции и вязкости в уравнениях Навье — Стокса. Сначала мы вычислим сопротивление пластины и затем перенос тепла от этой же пластины. [c.352] Соответствующие граничные условия следующие и = и-, х = 0-, у 0 и = 1(р у, у = 0 х 0. [c.352] Нет экспериментальных данных, с которыми можно сравнить решение (10-40) однако решение ( 10-40) должно дать такие же хорошие результаты, как и уравнение (10-38). [c.354] Если рассматривается температурный скачок в области скользяш,его потока как эффективное тепловое контактное сопротивление в пространстве между газом и поверхностью, сравнимое или большее теплового сопротивления, обусловленного вязким пограничным слоем, то коэффициент теплообмена при низких плотностях может быть определен в первом приближении поправкой в коэффициенте теплообмена для непрерывной среды при том же значении критерия Рейнольдса. [c.355] Решение (10-48) представлено графически на рис. 10-14 и 10-15 в виде графика М 0. [c.358] Интересная черта явлений теплообмена в разреженном газе показана на рис. 10-16, где коэффициент восстановления нанесен в зависимости от параметров разрежения. Видно, что коэффициенты восстановления увеличиваются при больших значениях критерия Кнудсена в скользящем потоке и приближаются к величине, большей -единицы, как и предсказано для области свободного молекулярного потока. [c.360] На наличие этого явления указывает также распределение коэффициента теплового восстановления по пограничному слою в потоке с низкой плотностью в сверхзвуковых соплах (рис. 10-17). Это распределение энергии типично для потоков в высокоскоростном газе, где значение критерия Прандтля ниже единицы. То, что потоки низкой плотности имеют довольно толстые пограничные слои, делает это явление более доступным для наблюдения. [c.360] Г —температура равновесия, полученная сферическим зондом высокой теплопроводности Го—температура резервуара Г —температура свободного потока [Л. 356 . [c.361] Свободный молекулярный ноток. Перенос тепла от тела к потоку разреженного газа в состоянии МаксвеллоБСкого равновесия может быть рассчитан полностью, сходя нз фундаментальных понятий кинетической теории газов Л. 179—180]. Результаты могут быть выражены как функция числа степеней свободы j молекулы или отношения теплоемкостей у, которые непосредственно относятся к /, так что результаты всегда становятся общими, пока рассматривается молекулярная структура газа. [c.362] Более того, как было показано Опшенгеймом, определение соответствующих результатов для нескольких основных форм, таких, как плоские пластины, горизонтальные кольцевые цилиндры и шары, дает возможность получить результаты для более сложных случаев путем синтеза результатов для этих простых форм. [c.362] Вернуться к основной статье