Файл: Кутателадзе, С. С. Пристенная турбулентность.pdf

6

Рис. 8.12. Профили температуры в пограничном

где индексом «*» обозначены параметры для случая q„=0. Это уравнение приводится к обычному виду интегрального соотношения энергии, если толщину потери энергии опреде­ лить как

от

т. е. здесь имеют место формально те же преобразования, что и при анализе сверхзвуковых течений.

На рис. 8.12 приведены экспериментальные распределения температур в тепловых завесах, подтверждающие эффектив­ ность введения параметра (8.9.2).

На основе принципов, изложенных выше, в настоящее вре­ мя разработаны методы расчета всех основных типов тепло­ вых завес [29, 30, 32—36, 94].

130

8.10. Влияние периодических возмущений

Экспериментальные данные показывают, что внешняя тур­ булентность умеренной интенсивности не влияет на течение и теплообмен в турбулентном пограничном слое [285]. Однако она влияет на ламинарное течение и на течение в области перехода [285]. Вследствие большой устойчивости турбулент­ ного течения существенное влияние на него могут оказать лишь колебания с амплитудой, сравнимой по величине со ско­ ростью среднего течения.

Экспериментальных работ по исследованию теплообмена в условиях совместного влияния вынужденного течения и ко­ нечных колебаний немного, что связано с большими методи­ ческими трудностями при постановке экспериментов. Первые работы [86] не содержат данных об изменении локальных коэффициентов теплоотдачи в зависимости от положения точ­ ки на поверхности и параметров звуковых колебаний.

При наличии резонансных акустических колебаний значи­ тельные изменения локальных коэффициентов теплоотдачи происходят в трубах в ла­ минарном и турбулентном режимах [278]. Эти из­ менения периодические относительно положения вдоль оси, и их период приблизительно равен по­ ловине длины волны ста­ ционарного звукового по­ ля.

«волн» изменения локального коэффициента теплоотдачи. Вывод же работы [278] об отрицательном (в смысле умень­ шения коэффициента теплоотдачи) влиянии стоячих зву­ ковых волн на интенсивность теплообмена при турбулентном течении не подтвердился. Показано также, что пучность ско­ ростей стоячей волны соответствует максимуму, а узел скоро­ сти — минимуму теплоотдачи.

Измерения локальных коэффициентов теплоотдачи для ла­ минарного и турбулентного режимов течения в пограничном слое на плоской плите были выполнены В. Е. Накоряковым, А. П. Бурдуковым и А. П. Болдыревым. Профиль внешней скорости по длине -пластины х задавался в виде

132

сителы-юго расстояния на пластине.

Рис. S./5. Зависимость относительного коэффициента теплообмена от парамет-

максимумов и минимумов теплоотдачи (эксперименты А. П. Бурдукова, В. Е. Накорякова, П. Н. Терлеева).

пределах 7—30 кГц и длина волны возмущений X в пределах 1,5—2,5 см. Результаты опытов обрабатывались в виде зави­ симости относительного коэффициента теплоотдачи от пара-

метров — , —^—і A'l = Результаты экспериментов для ла-

минарного режима течения в пограничном слое представлены на рис. 8.15 в координатах

Nur

"2со

где Nu0 — локальное число Нуссельта при отсутствии возму­ щений.

Видно, что влияние стоячей звуковой волны на среднее те­ чение приводит к существенной деформации распределения тепловых потоков по длине пластин. Это распределение сину­ соидально с длиной волны, в два раза меньшей длины волны положительных возмущений.

В случае турбулентного пограничного слоя результаты опытов для точек максимумов и минимумов теплоотдачи, ко­ торые соответствовали пучностям и узлам колебательной ско­ рости, представлены в виде зависимости

8.11. Локально-временное подобие нестационарного теплообмена

Если вычислить частный интеграл уравнений динамическо­ го и теплового пограничных слоев по нормали к обтекаемой

134

Здесь А,-= (;„—'ob — энтальпийиый напор в сечении х; б— характерный линейный размер канала или пограничного

слоя. Производные и - ^ - задаются как функции времени

и координаты х.

Ситуацию, в которой нестационарность может быть с до­ статочной точностью учтена введением только критериев (8.11.1), будем называть локально-временным подобием. В результате комбинации с числами Рейнольдса и Пекле эти

Подробный обзор проблем нестационарного конвективного теплообмена и гидродинами к:' при течениях в каналах сделан Э. К. Калининым и Г. А. Дреііцером [74].

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

ТУРБУЛЕНТНАЯ СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ

9.1. Устойчивость горизонтального слоя жидкости

Имеется обширный класс течений, причиной возникнове­ ния которых являются объемные силы — гравитационные (свободная тепловая и диффузионная конвекции), центро­ бежные и кориолисовы, электрические и магнитные. Рассмот­ рим некоторые явления, связанные с турбулентной тепловой конвекцией.

Пусть имеется бесконечный горизонтальный слой жидко­ сти толщиной I, заключенный между двумя параллельными плоскостями (хи zi) и (х2, z2) в условиях неустойчивой стра­ тификации, т. е. когда температура нижней поверхности Тх выше температуры верхней поверхности Г2 . В простейшем случае все физические свойства среды, кроме плотности, прак­ тически постоянны в заданном интервале температур. Плот­ ность же уменьшается в направлении вектора силы тяжести, и градиент давления по нормали к плоскости (х, z)

где ро — плотность жидкости три 7"0.

145