Теоретические основы теплотехники - 113 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

где µ – динамический коэффициент вязкости; )/( nw
∂
∂
– градиент скорости по толщине слоя жидкости; F
– поверхность трения. Являясь по физической сущности физконстантой, величина µ, особенно у ка-
пельных жидкостей, существенно изменяется при изменении температуры. Например, при увеличении
температуры машинного масла МС-20 от 20 до 60 °С величина µ умень-
шается более чем в 100 раз! Зависимость )(tf=
µ
сложная, нелиней-
ная (см. рис. 2.34), что существенно усложняет математическое описание
и аналитическое решение задач конвективного теплообмена, часто делая
его вообще невозможным. С приемлемой для практики точностью эту
зависимость представляют аппроксимацией Андраде:
,
BT
Ae
−
=µ
где A и B – некоторые константы, определяемые на основании опытных
данных для каждой конкретной жидкости; Т – абсолютная температура.
В практических расчетах часто вместо µ используют другой коэффициент ν = µ/ρ, который называют
кинематическим коэффициентом вязкости. Величина ν при изменении t ведет себя так же, как µ. Измене-
ния давления практически не влияет на величины коэффициентов µ и ν.
Интенсивность теплообмена при конвекции зависит еще и от характера, режима движения теплоно-
сителя. Различают два основных режима. При ламинарном (струйчатом) течении поток жидкости как
бы состоит из отдельных элементарных струек, каждая из которых движется со своей скоростью, не пе-
ремешиваясь с соседними. При этом поперечный перенос тепла от струйки к струйке, от слоя к слою
происходит в результате теплопроводности. Поскольку теплопроводность жидкостей невелика, интен-
сивность такого теплообмена невысокая. Продольный теплообмен (по направлению движения) опреде-
ляется массовым расходом и теплоемкостью жидкости.
При турбулентном (вихревом) режиме макрочастицы теплоносителя движутся хаотически, лишь в
среднем сохраняя направление движения потока. Их скорость постоянно меняется и в пространстве, и
во времени. Поэтому всегда следует различать мгновенную локальную и среднемассовую скорости.
Именно последняя используется в инженерных расчетах в качестве основной характеристики движения.
При хаотическом перемещении макрочастиц в поперечный теплообмен включается и конвекция, поэто-
му всегда интенсивность процесса в этом случае гораздо выше, поскольку пульсационный перенос теп-
ла обычно во много раз больше, чем передача его теплопроводностью.
Возникновение одного или другого режима зависит от среднемассовой скорости теплоносителя, его
вязкости, формы и размеров канала, наличия внешних турбулизаторов. С увеличением скорости, на-
пример, ламинарность потока сохраняется лишь до некоторого предела, после которого движение ста-
новится неустойчивым, неустановившимся. В потоке периодически возникают возмущения,
флуктуации, турбулентные вихри, которые то исчезают, то появляются вновь. Такие режимы течения
называют переходными.
2.3.2 Понятие о гидродинамическом и
тепловом пограничных слоях
П
ри исследовании конвективного теплообмена особый интерес представляет изучение особенностей по-
ведения теплоносителя в непосредственной близости от стенки.
По современным воззрениям жидкость представляется состоящей не из отдельных, независимых
молекул, а из так называемых жидких комков – объединений большого числа молекул (около 10
5
– 10
7
),
которые ведут себя как твердое тело. Границы жидкого комка нестабильны, и некоторые молекулы мо-
гут, отрываясь от одного комка, прилипать к соседнему. Скольжение по границам жидких комков обеспе-
чивает текучесть жидкости. Соприкасаясь со стенкой жидкие комки прилипают к ней и практически
мгновенно прогреваются до ее температуры. Эта гипотеза, высказанная Прандтлем и Тейлором в 1904 г,
подтверждается на практике для абсолютного большинства капельных жидкостей и газов.
Проскальзывание жидких комков наблюдается только при очень больших скоростях или большом
разряжении.
жидкости
газы
µ

Страницы