Стр. 85 - КРАТКИЙ КУРС ТЕПЛОМАССООБМЕНА

КРАТКИЙ КУРС ТЕПЛОМАССООБМЕНА

85

ГЛАВА 12.

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ

ДВИЖЕНИЯ ГАЗА

При движении тел с большой скоростью в неподвижном газе (или при об-

текании неподвижных тел потоком газа с большой скоростью) процессы тепло-

обмена значительно усложняются по сравнению с аналогичными процессами

при умеренных скоростях. Для данных условий градиент скорости поперек по-

граничного слоя становится очень большим, что приводит к возникновению

значительных сил трения. Работа сил трения переходит в теплоту, следователь-

но, пограничный слой можно рассматривать как малую область пространства, в

которой происходит выделение теплоты вследствие диссипации энергии. То

есть, процессы теплообмена при высоких скоростях движения газа характери-

зуются влиянием кинетической энергии потока теплоносителя, которая относи-

тельно высока и влиянием её нельзя пренебрегать.

При взаимодействии тел с потоками с большими скоростями плотность

газа

ρ

нельзя считать постоянной величиной. Для характеристики газовых по-

токов скорость их движения

w

сопоставима со скоростью распространения зву-

ка в этой среде

a

. Отношение этих скоростей характеризуется критерием Маха

Ma. При Ma

<

1

поток газа называется

дозвуковым

, при Ma

>

1

– сверхзвуко-

вым. В данном случае, полная энергия потока газа складывается из энтальпии и

кинетической энергии.

При полном адиабатическом торможении потока кинетическая энергия

переходит в тепловую. При этом аналогичная ситуация происходит при обтека-

нии тела. Таким образом, за счет трения у стенки происходит торможение по-

тока, и температура газа резко возрастает и называется

равновесной темпера-

турой T

r

, К:

2

r

f

p

w

T T r

c

= + ⋅

⋅

,

(12.1)

где

f

T

-

температура газа, К;

r

– коэффициент восстановления температуры

(характеризует степень превращения кинетической энергии в тепловую).

Для реального случая часть энергии рассеивается, поэтому

r

всегда

меньше единицы и зависит от формы обтекаемого тела, режима движения и ря-

да других факторов. Коэффициент восстановления является функцией критерия

Прандтля

(Pr)

r f

=

: