ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
52
сказываться. Давление дымовых газов в нагревательных печах не превышает
указанной величины.
Опытное изучение характера движения газов и жидкостей в
замкнутых
каналах показало, что существует три режима движения: ламинарный,
турбулентный и промежуточный, переходный. Эти режимы отличаются как по
структуре потока, так и по закономерностям, определяющим потери давления
(сопротивления) и теплообмен от движущейся среды к стенке.
При ламинарном движении силы сцепления между частицами преобладают
над силами инерционными. Наблюдения показывают, что в этом случае
жидкость течет параллельными струйками, которые не смешиваются между
собой. В практике работы нагревательных печей режим этот встречается редко.
В частности, он имеет место в трубопроводах небольшого диаметра при
повышенной вязкости жидкостей, например в подводящих мазутопроводах
к форсункам.
Турбулентный режим характеризуется неупорядоченным, хаотичным
движением частиц, каждая из которых совершает дополнительные вихревые
перемещения по сложным траекториям. При замерах параметров
турбулентного потока (скорость, температура, давление) в отдельных точках
особо точными приборами можно наблюдать систематические изменения этих
параметров вокруг среднего значения. Средние значения фиксируются
приборами обычного типа, обладающими повышенной инерционностью.
Подробные исследования показали, что при турбулентном движении
жидкости или газа у стенки образуется тонкая пленка (ламинарный подслой).
Между ламинарным подслоем и ядром потока возникает переходный слой.
Оба эти слоя объединяются в общем гидродинамическом пограничном слое, в
пределах которого резко изменяется скорость от нуля у стенки до по
граничной, которая составляет 0,4 - 0,7 средней скорости.
Аналогичное положение имеет место и в тепловом пограничном слое. В нем
резко изменяется температура – от температуры у стенки до пограничной.
Толщины гидродинамического и теплового пограничных слоев не совпадают.
Переход от ламинарного режима к турбулентному происходит в том случае,
когда некоторый безразмерный комплекс Re достигает определенной
критической величины Re
кр
. Комплекс этот называется числом Рейнольдса, и
он является одним из чисел подобия, которые подробно рассмотрены в
следующей главе.
Для круглых труб число Re находят из следующего выражения:
ν
ω
d
=
Re
,
(3.25)
где
ω
- средняя скорость потока, м/с;
d
- диаметр трубы, м;
ν
- коэффициент
кинематической вязкости, м
2
/с.
В том случае, когда канал или труба не имеют круглого сечения, вместо
d
берут величину эквивалентного диаметра
d
э
:
