Розрахунок теплового потоку

Якщо при розрахунку теплового потоку використовувати різницю ентальпій (замість різниці температур поперек прикордонного шару), то можна отримати досить надійні результати і при наявності дисоціації набігаючого газового потоку. Широко поширений метод, згідно з яким передбачається, що місцеві характеристики прикордонного шару на тілі довільної форми можна розраховувати за відповідними формулами для плоскої пластини. Для кожного перерізу на поверхні розглянутого тіла підбирається довжина пластини, на якій наростає прикордонний шар з тією ж товщиною втрати імпульсу. Зауважимо, що аналогічний метод використовується і для ламінарного прикордонного шару, але при цьому показник ступеня при радіусі дорівнює двом. Запровадження ефективної довжини дозволяє звести розрахунок теплообміну на поверхні тіла довільної форми до простих критеріальним співвідношенням.

Певні особливості має розрахунок тертя і теплообміну на шорсткій поверхні. Шорсткість поверхні може прискорити перехід до турбулентного режиму течії і призвести до збільшення поверхневого тертя і інтенсифікації конвективного теплообміну. В перехідній області теплообмін також посилюється. При аналізі тертя, запровадивши так звану пісочну шорсткість, вдалося виключити з розгляду форму елементів шорсткості. Відношення висоти еквівалентної пісочної шорсткості до товщини ламінарного підшару є параметром, що характеризує ступінь її впливу на величину тертя. Якщо висота шорсткості менше товщини підшару, вона не впливає на тертя. У цьому випадку поверхня вважається гладкою. Коли висота шорсткості значно перевищує товщину ламінарного підшару, визначальним стає опір форми шорсткості: при цьому перестає залежати від числа і визначається тільки висотою шорсткості. У проміжній області залежить як від висоти шорсткості. Зі збільшенням місцевого числа Маха вплив шорсткості на тертя зменшується.

При дослідженні теплообміну не вдається знайти еквівалентну характеристику форми шорсткості (подібну пісочної), тому дані різних авторів, отримані на різних моделях, розходяться. Встановлено, що в тій області, де тертя вже не залежить від числа, теплообмін все ще продовжує їм визначатися, тобто аналогія Рейнольдса порушується. Експерименти при надзвукових швидкостях обтікання, показали, що зростання шорсткості до певної межі збільшує теплові потоки в 1,5-2 рази, при подальшому збільшенні висоти виступів коефіцієнт теплообміну не змінюється.

Цікаво відзначити, що при чергуванні гладких і шорстких ділянок поверхні значення коефіцієнта теплообміну цілком визначаються місцевими умовами, якщо довжина ділянки становить 2-3 товщини прикордонного шару. При такому чергуванні поверхонь швидко відбувається встановлення режиму течії, визначуваного тільки локальної окрестностью розглянутої точки поверхні. Вказана обставина важливо мати на увазі при використанні вбудованих датчиків в експериментальних дослідженнях.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru