Аналогія між тепло-і масообмінних і тертям. Вдув в турбулентний прикордонний шар

Коефіцієнт масообміну з аналогії процесів масо-і теплообміну визначений, як відношення дифузійного потоку маси даної компоненти до різниці її концентрацій в прикордонному шарі. Там же було виведено співвідношення, що зв'язує коефіцієнти масо-і теплообміну на непроникною поверхні. Розрахунки показують, що характер залежності коефіцієнта масообміну від витрати вдувати компоненти виявляється таким же, як у коефіцієнта теплообміну. Це надзвичайно важлива обставина дозволяє поширити аналогію між процесами тепло-і масообміну на випадок вдуву маси в прикордонний шар, що буде згодом нами неодноразово використано. Слід лише зазначити, що зниження коефіцієнта теплообміну відбувається трохи швидше, а головне він більш чутливий до молекулярної масі вдувати компоненти.

В якості прикладу пояснимо розрахунки залежності коефіцієнтів тепло-і масообміну від витрати газів для ряду теплозахисних матеріалів: графіту, фенольного найлона, політетрафторетилену (фторопласту) і композиційного теплозахисного матеріалу, використаного на космічному апараті «Аполлон». У цьому діапазоні зовнішніх умов молекулярна маса вдувати продуктів руйнування в різних матеріалів змінювалася в наступних межах: графіт – від 30 до 28, фторопласт – від 98 до 84, фенольний найлон – від 22 до 14, а матеріал «Аполлона» – від 22 до 17 . У всіх матеріалів, за винятком фторопласту, криві зміни коефіцієнта теплообміну виявилися досить близькими. Що стосується коефіцієнта масообміну, то розшарування кривих дещо більший, а кут їх нахилу крутіше.

У цьому випадку результати розрахунків можна обробляти за двома різними методиками. По-перше, можна ввести новий коефіцієнт вдуву, що визначає нахил лінійної ділянки залежності коефіцієнта масообміну від витрати. Постійний множник і показник ступеня у відносини молекулярних мас вище значень аналогічних параметрів у формулі, що призводить до більш сильному впливу ефекту вдуву. Згідно з другою методикою слід, зберігши загальний вигляд аналогії між тепло-і масообмінних, врахувати наявність вдуву в показнику ступеня при числі Льюїса. Перевірка співвідношення при вдув продуктів руйнування графіту і фенольного найлона. Сильніше порушується зв'язок між коефіцієнтами і числом Льюїса для фенольного найлона, продукти руйнування якого в розглянутому діапазоні зовнішніх умов обтікання мають число Льюїса порядку 0,6-0,7. У графіту число близьке до одиниці і відхилення від формули не перевищує 4%. На підставі цих результатів запропонована наступна поправка до показника ступеня при числі Льюїса, яка враховує ефект вдуву газоподібних продуктів руйнування. Наведені приклади розрахунків дають уявлення про складність процесу масопереносу і про відсутність єдиного підходу до обробки та інтерпретації отриманих результатів. Слід зазначити, що ще дуже мало теоретичних, а тим більше експериментальних робіт, присвячених перевірці аналогії між тепло-і масообмінних в умовах вдуву газоподібних продуктів руйнування в прикордонний шар і особливо при високих температурах і при наявності хімічних реакцій як в прикордонному шарі, так і на разрушающейся поверхні. Тому наведені вище співвідношення не є достатньо обгрунтованими і загальноприйнятими. Наприклад, в роботі пропонується інша залежність між зазначеними коефіцієнтами, величиною витрат і молекулярною масою вдувати компоненти і набігаючого потоку.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru