ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепло- и массоперенос в пограничных слоях Рассматриваемая задача из "Тепло- и массообмен в пограничных слоях" Определение области явления. Пограничный слой в грубом приближении можно охарактеризовать как область в движущейся жидкости, где преобладает одно преимущественное направление движения. Касательные напряжения, тепловые и диффузионные потоки в этой области существенно изменяются лишь в направлении, перпендикулярном этому преимущественному направлению. Приведем несколько примеров, поясняющих такое определение. [c.7] образовавшаяся при вдуве горячего воздуха через отверстие в резервуар с покоящейся в нем воздушной средой или в сопутствующий поток холодного воздуха, дает пример пограничного слоя. Основное направление движения жидкости в струе совпадает с осью отверстия градиенты скорости и температуры, порождающие касательные напряжения и тепловые потоки, значительны главным образом в радиальном направлении. Даже если заменить горячий воздух химически реагирующим подогретым водородом, то и тогда результирующий процесс все-таки происходит в пограничном слое, поскольку теплопроводность и диффузия в осевом направлении незначительно влияют на стабилизацию пламени. [c.7] При нормальном соударении струи горячего воздуха с твердой поверхностью, например охлаждаемым воздухом днищем сосуда, возникает течение, которое нельзя полностью отнести к разряду потоков с пограничными слоями. В этом случае существуют два основных направление течения одно — вблизи отверстия, перпендикулярное плоскости днища резервуара, другое — радиальное в плоскости днища от центра в периферии в сторону возрастания радиуса. В месте соударения струи с поверхностью оба направления течения равноправны. Поэтому, хотя области пограничного слоя существуют у отверстия и на большом радиальном расстоянии от него вдоль поверхности, течение в целом нельзя отнести к пограничному слою. Течение в длинной прямой трубе постоянного сечения обычно подходит под схему пограничного слоя (исключая случай движения, закрученного настолько, что в приосевой области образуется возвратное движение). В этом случае основным направлением движения является осевое касательные напряжения и тепловые потоки действуют на цилиндрические поверхности с образующими, параллельными этой оси. Однако если в каком-либо месте труба внезапно расширяется, то сразу же за этим сечением образуется обратный ток жидкости, который не относится к течениям с пограничным слоем. [c.7] В настоящей работе нас будут интересовать лишь задачи пограничного слоя, не обязательно пристеночного. Мы ограничимся авализом только двумерных пограничных слоев, главным образом турбулентных. Сделаем некоторые замечания по поводу этих ограничении. [c.8] Двумерным назовем такое течение, для которого интересующие нас зависимые перелгенные, например скорость, температура, касательные напряжения и т. д., являются функциями двух независимых переменных. Различают два типа двумерных течений осесимметричное и плоское. Последнее может рассматриваться как частный случай первого, когда расстояние до оси симметрии во много раз больше радиальных размеров интересующей пас области пограничного слоя. [c.8] Двумерный осесимметричный пограничный слой образуется, например, при выходе струи из круглого профилирующего насадка в спут-нын поток. Если этот поток направлен наклонно к оси насадка, то результирующее течение становится трехмерным. Тогда скорость течения будет уже функцией удаления от среза насадка, расстояния до оси насадка и угла между нормалью к этой оси и направлением спутного потока. В нашей работе рассматривается только первый из приведен.ны.х случаев осесимметричного течения. [c.8] Другим примером подобной двумерной задачи может служить течение вблизи диска, вращающегося в покоящейся среде. Радиальная, нормальная и окружная составляющие скорости являются самостоятельными зависи 1ыми переменными. Однако двумерность такого сечения обусловлена числом независимых переменных в данном случае ими могут быть радиус диска и расстояние по нормали от его поверх-пости. [c.8] Закрученные потоки в общих чертах будут рассмотрены нам.г в конце данной книги. [c.8] Особое внимание, уделяемое в нашей работе турбулентны м пограничным слоям, объясняется следующим во-первых, большинство пограничных слоев, встречающихся в инженерной практике и в природе, по своей структуре являются турбулентными во-вторых, интерес к явлениям переноса в турбулентной жидкости в настоящее время гораздо больший, нежели для ламинарной. [c.8] Вместе с тем предлагаемые в книге методы в равной степени приемлемы для расчета ламинарного и турбулентного течений жидкости, причем для первых получаются даже более надежные результаты. [c.8] Предлагаемую теорию можно применять к задачам, включающим экзотермические химические реакции, шероховатость и проницаемость стенок, а также влияние гравитационных сил. [c.9] конечно, лишены возможности непосредственно рассмотреть все вышеупомянутые случаи в столь краткой работе. Они, однако, вписываются в рамки предлагаемой теории. [c.9] Прикладная значимость. Двумерные пограничные слои, или близкие им, встречаются во многих инженерных приложениях, например на лопатках турбины, охлаждаемых стенках камер сгорания, в струесмесительных устройствах химической промышленности, на внутренних стенках газопроводов, на поверхностях теплообменников и крыльев самолетов и т. д. [c.9] Множество примеров можно привести из области метеорологии и физиологии. [c.9] Отметим в то же время, что трехмерные пограничные слои иа практике встречаются чаще, чем двумерные, поэтому исключение их из рассмотрения в данной работе вызывает сожаление, хотя все же является неизбежным. Теория трехмерного пограничного слоя все еще находится в эмбриональном состоянии, тем не менее есть основание верить в то, что ее развитие может быть ускорено только путе г усовершенствования и более полной разработки теории двумерного пограничного слоя. Поэтому данная монография имеет двойное значение во-первых, как исследование само по себе, и, во-вторых, как предпосылка для будущих разработок. [c.9] Конструктору еще до изготовления важно знать, как будет действовать проектируемое им оборудование, и в этом ему неоценимую помощь оказывает расчет. Создание расчетных методов является одной из основных задач специалистов, работающих в области прикладных наук. В данной книге мы приводим метод расчета двумерных турбулентных пограничных слоев. Его назначение состоит в предвычислении любых представляющих для нас практический интерес характеристик или свойств потока на основе информации о заданных условиях эксперимента. К примеру, чаще всего мы стре.лшмся предсказать распределения скоростей, толщины пограничного слоя, тепловые потоки через стенки для всех возможных случаев, существующих либо реально, либо в воображении конструктора. [c.9] Имеются самые разнообразные теории их формы диктуются назначением. Некоторые теории описывают качественную сторону явлений, другие — количественную в одних упор делается на описание, в других— на интерпретацию целью некоторых теоретиков является определение различий между внешне подобными явлениями, другие же изучают их сходство. [c.9] Наша теория создана для прогнозирования, поэтому она количественная мы делаем упор на наиболее общие физические ситуации и избегаем введения нетипичного, возможного лишь в каких-то особых случаях. Исключение в этом смысле делается лишь тогда, когда это нетипичное может быть охвачено более общей схемой. [c.9] Трудности в развитии теории. Важность теории двумерных пограничных слоев и то время, в течение которого они изучались, настолько велики, что будь это определяющим, то не было бы больше необходимости говорить о дальнейшем совершенствовании теории. Тот факт, что на ее создание ушло столь много времени, может быть объяснен двумя серьезными трудностями одна из них математического характера, а другая может быть отнесена к разряду физических. [c.9] Вернуться к основной статье