Содержание
- 2. ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ Тема № 6 КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ ПОТОКАХ
- 3. КОНВЕКЦИЯ (от лат. convectio – принесение, доставка) – перенос субстанции (массы, импульса, энергии, в частности, тепла)
- 4. СВОБОДНАЯ (ЕСТЕСТВЕННАЯ) КОНВЕКЦИЯ возникает под действием неоднородного поля массовых сил (например, гравитационных; в системе, движущейся с
- 5. 05
- 6. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём возникают стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более
- 7. ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ – перемещение теплоносителя относительно поверхности теплообмена вызвано какими-либо внешними побудителями (насос, мешалки и т.п.).
- 8. 08
- 9. 09
- 10. Конвекция широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы, морях и океанах, в недрах Земли,
- 11. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН – процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах (жидкостях либо газах) и обусловленный
- 12. В связи с тем, что для неэлектропроводных сред интенсивность конвективного переноса очень велика по сравнению с
- 13. Участие теплопроводности в процессах конвективного теплообмена приводит к тому, что на эти процессы оказывают существенное влияние
- 14. В связи с тем, что в процессах конвективного теплообмена главную роль играет конвективный перенос, эти процессы
- 15. Наиболее интересным с точки зрения технических приложений случаем конвективного теплообмена является конвективная теплоотдача. КОНВЕКТИВНАЯ ТЕПЛООТДАЧА –
- 16. Задача расчёта состоит в нахождении плотности теплового потока на границе раздела фаз, то есть величины, показывающей,
- 17. Различают два типа задач конвективного теплообмена. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ТЕЧЕНИИ В КАНАЛАХ (ВНУТРЕННИЕ ЗАДАЧИ) теплообмен между стенками
- 18. Местный коэффициент теплоотдачи ‒ локальная плотность теплового потока на поверхности теплообмена ‒ расчётный температурный напор 18
- 19. В задачах теплообмена при внешнем обтекании тел ‒ начальный температурный напор ‒ температура стенки ‒ начальная
- 20. В задачах теплообмена при течении в каналах ‒ местный температурный напор ‒ температура стенки ‒ средняя
- 21. 21
- 22. 22
- 23. 23
- 24. 24
- 25. 25
- 26. 26
- 27. 27
- 28. 28
- 29. 29
- 30. В общем случае коэффициент теплоотдачи является функцией ● формы обтекаемого тела, ● размеров обтекаемого тела, ○
- 31. Основной и наиболее трудной проблемой в расчётах процессов конвективной теплоотдачи является нахождение коэффициента теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи
- 32. Современные методы описания процесса конвективного теплообмена, основанные на теории пограничного слоя, позволяют получить теоретические (точные или
- 33. Критериальное число РЕЙНОЛЬДСА – критерий режима движения. Характеризует динамический режим потока, являясь мерой отношения действующих в
- 34. 34
- 35. Рейнольдс, Рейнолдс (Reynolds) Осборн (23.8.1842, Белфаст, — 21.2.1912, Уотчет, Сомерсетшир), английский физик и инженер, член Лондонского
- 36. Критериальное число Грасгофа является мерой отношения сил инертно-гравитационной конвекции и сил вязкого трения. g ‒ ускорение
- 37. Критериальное число Прандтля является мерой подобия температурных и скоростных полей в потоке теплоносителя. При Pr=1 и
- 38. Число Прандтля — физическая характеристика среды и зависит только от её термодинамического состояния. У газов число
- 39. У жидких металлов Pr и не так сильно изменяется с температурой. Для натрия при 100 °С
- 40. Прандтль (Prandtl) Людвиг (4.2.1875, Фрейзинг, Бавария, — 15.8.1953, Гёттинген), немецкий учёный в области механики, один из
- 41. Критериальное число Нуссельта – «безразмерный коэффициент теплоотдачи». Является мерой отношения характерного размера L и толщины теплового
- 42. На границе с обтекаемым телом скорость жидкости равна нулю. Следовательно, тепловой поток в пристенном слое обусловлен
- 43. Критериальное число Пекле – Критерий теплового подобия. Является мерой отношения конвективного и кондуктивного (обусловленного теплопроводностью, то
- 44. Критериальное число Стантона – Является мерой отношения конвективного теплообмена «стенка–поток» и конвективного уноса тепла потоком теплоносителя.
- 45. Критериальное число ФРУДА – критерий гравитационного подобия. Является мерой отношения действующих в однородном потоке сил инерции
- 46. Критериальное число ГАЛЛИЛЕЯ – критерий подобия полей свободного течения. Является мерой отношения сил тяжести и сил
- 47. Критериальное число АРХИМЕДА – характеризует взаимодействие сил молекулярного трения и подъёмной силы, обусловленной разностью плотностей в
- 48. Критериальное число Рэлея – является мерой отношения подъёмных сил, обусловленных градиентом плотности, и сил вязкости .
- 49. Рэлей, Рейли (Rayleigh) Джон Уильям (12.11.1842, Лэнгфорд-Гров, графство Эссекс, — 30.6.1919, Тирлинг-Плейс, близ г. Уитем), английский
- 50. Рэлей впервые указал на специфичность нелинейных систем, способных совершать незатухающие колебания без периодического воздействия извне, и
- 51. Работы Рэлея по теории колебаний систематизированы им в фундаментальном труде «Теория звука» (2 тт., 1877—78, 2
- 52. Критериальное число Маха Критерий газодинамического подобия. Является мерой отношения скорости жидкости (теплоносителя) и скорости распространения в
- 53. Критериальное число Эйлера – Критерий подобия полей давления. Мера отношения силы давления и инерционной силы в
- 54. Это и есть искомое дифференциальное уравнение сохранения импульса, которое также называют уравнением движения в напряжениях, или
- 55. Реологическое уравнение (реологический закон) ‒ уравнение, связывающее компоненты тензоров напряжений, деформаций и их производных по времени.
- 56. Идеальная жидкость Дифференциальное уравнение сохранения импульса (количества движения) ≡ ≡ Уравнение движения в напряжениях ≡ ≡
- 57. 57
- 58. Ньютоновская жидкость Ньютоновской жидкостью называется жидкость, для которой справедливо следующее утверждение: тензор дополнительных напряжений линейно пропорционален
- 59. Тождество (*) – реологическое уравнение ньютоновской жидкости. Тождество (**) – реологическое уравнение ньютоновской несжимаемой жидкости. Коэффициентом
- 60. Воспользовавшись тождеством (*) преобразуем записанное в дивергентной форме дифференциальное уравнение сохранения количества движения к виду (▼)
- 61. Воспользовавшись тождеством (**) преобразуем записанное в дивергентной форме дифференциальное уравнение сохранения количества движения к виду (▼▼)
- 62. Перейдя от субстанциональной производной к частным производным и использовав уравнение неразрывности (55), получим дивергентный вид дифференциального
- 63. Ф – диссипативная функция: Всегда Ф > 0. Следовательно, всегда часть тепла диссипирует. 63
- 64. 64
- 65. Хинце И.О., Турбулентность, пер. с англ., М., 1963. Монин А.С., Яглом А.М., Статистическая гидромеханика, ч. 1,
- 66. Ламинарное течение (от лат. lamina — пластинка), упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ)
- 67. Режим течения жидкости характеризуется числом Рейнольдса. Когда значение меньше некоторого критического числа REкр, меет место ламинарное
- 68. Наш мир устроен таким образом, что большинство течении, интересных с практической точки зрения, являются турбулентными. Рассмотрим,
- 69. С математической точки зрения появление турбулентности (как решения уравнении Навье-Стокса), как правило, обусловлено доминированием дестабилизирующих конвективных
- 70. Потеря устойчивости ламинарным потоком – явление довольно тонкое, зависящее от большого количества внешних факторов, таких как
- 71. Турбулентность – явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в
- 72. Благодаря большой интенсивности турбулентного перемешивания турбулентные течения обладают повышенной способностью к передаче количества движения (импульса). А
- 73. Турбулентность возникает вследствие гидродинамической неустойчивости ламинарного течения, которое теряет устойчивость и превращается в турбулентное, когда так
- 74. Возникновение турбулентности при обтекании твёрдых тел может проявляться не только в виде турбулизации пограничного слоя, но
- 75. Вследствие чрезвычайной нерегулярности гидродинамических полей турбулентных течений применяется статистическое описание турбулентности: гидродинамические поля трактуются как случайные
- 76. Основной вклад в передачу через турбулентную среду количества движения и тепла вносят крупномасштабные компоненты турбулентности (масштабы
- 77. Большую роль в полуэмпирических теориях играют гипотезы подобия. В частности, они служат основой полуэмпирической теории Кармана.
- 78. Мелкомасштабные компоненты турбулентности (масштабы которых малы по сравнению с масштабами течения в целом) вносят существенный вклад
- 79. Описание мелкомасштабных компонент турбулентнос-ти базируется на гипотезах Колмогорова, основанных на представлении о каскадном процессе передачи энергии
- 80. 80
- 81. 81
- 82. 82
- 83. 83
- 84. 84
- 85. 85
- 86. 86
- 87. 87
- 88. 88
- 89. 89
- 90. 90
- 91. 91
- 92. 92
- 93. 93
- 94. 94
- 95. 95
- 96. 96
- 97. 97
- 98. 98
- 99. 99
- 100. Характеристики турбулентности Несмотря на простое определение, сводящееся к понятию «случайных пульсаций», турбулентность имеет чрезвычайно сложную природу.
- 101. Часто используется понятие «турбулентного вихря», а турбулентность определяют как совокупность разномасштабных вихрей. Можно показать, что в
- 102. Вихри минимального размера диссипируют непосредственно в тепло. Их размер характеризуется так называемым колмогоровским масштабом: ηk=(ν3/)1/4, где
- 103. 103
- 104. 104
- 105. 105
- 106. С практической точки зрения в большинстве случаев основной интерес представляют не актуальные величины, а усреднённые характеристики.
- 107. 107
- 108. При описании турбулентного потока используются, как предложено Рейнольдсом, усреднённые по времени уравнения сохранения. При этом интервал
- 109. Среднее значение турбулентной величины определяется следующим образом: Очевидно, что 109
- 110. Для средних значений справедливы также следующие соотношения Полагаем, что макроскопическая составляющая равна своему среднему значению: 110
- 111. Из этого НЕ следует равенство среднего значения турбулентной величины и среднего значения её макроскопической составляющей: Существуют
- 112. 112
- 113. Если в качестве макроскопической составляющей выбрано среднее значение величины, условимся флуктуационную составляющую обозначать двумя штрихами вверху:
- 114. Макроскопические составляющие скорости и энергии (энтальпии) могут быть представлены таким же образом (этот метод усреднения назовем
- 115. 115
- 116. Заметим, что в этом случае 116
- 117. Для несжимаемой жидкости и, следовательно, для некоторой турбулентной величины справедливы тождества то есть для несжимаемой жидкости
- 118. Можем записать выражения следовательно, имеет место соотношение Преобразуем его к виду 118
- 119. – коэффициент корреляции между величинами Таким образом, справедливо соотношение из которого следует, что оба метода усреднения
- 120. 120
- 121. 121
- 122. 122
- 123. 123
- 124. 124
- 125. Так как для сжимаемой жидкости применение второго метода усреднения позволяет, как уже отмечалось, исключить ряд членов
- 126. Дифференциальные уравнения сохранения для турбулентного режима течения. Усреднённое по времени уравнение неразрывности. Усреднённое по времени уравнение
- 127. Усреднённое по времени уравнение сохранения энергии. ‒ виртуальная энтальпия. 127
- 128. вектор турбулентной теплопроводности ‒ виртуальная внутренняя энергия ‒ кинетическая энергия турбулентности. 128
- 129. Влияние турбулентности на усреднённое течение Свойства турбулентных течений существенно отличаются от свойств ламинарных течений. Например, подъёмная
- 130. 130
- 131. 131
- 132. 132
- 133. 133
- 134. 134
- 135. 135
- 136. 136
- 137. 137
- 138. Классификация моделей Для определения турбулентных напряжений используются модели турбулентности - алгебраические или дифференциальные соотношения. Моделей очень
- 139. МОДЕЛИ ГРАДИЕНТНОГО ТИПА Многие модели турбулентности, используемые в расчётной практике, основаны на концепции вихревой вязкости и
- 140. Иногда при расчётах турбулентных течений vt принимается постоянным (Буссинеск (1877), Васильев (1971)). Однако столь грубое описание
- 141. По прямой аналогии с турбулентным переносом количества движения понятие турбулентной диффузии предполагает следующее соотношение между переносом
- 142. Понятие турбулентной вязкости имеет недостатки. Это прежде всего касается ситуаций, когда в течениях возникают зоны отрицательной
- 143. Важными достоинствами моделей турбулентной вязкости являются их относительная простота, наглядность и вычислительная эффективность:
- 144. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ Алгебраические модели принадлежат к простейшим типам моделей турбулентности, в которых связь между турбулентной
- 145. Модель пути смешения Прандтля Модель для описания распределения νt впервые была предложена Л. Прандтлем в 1925
- 146. Вследствие пульсаций составляющей скорости v’y имеет место турбулентное перемешивание (перенос количества движения и тепла). Действительно, через
- 147. Следовательно, (m8) Длина пути смешения определяется эмпирически. Успех предложенной Прандтлем модели объясняется тем, что для многих
- 148. В дополнение к модели пути смешения Прандтль предложил (1942) простую модель вихревой вязкости для свободных сдвиговых
- 149. Модель Прандтля является незамкнутой, поскольку длина пути смешения не определена. Несколько позже (около 1940) Карман сделал
- 150. Значение гипотезы Прандтля для всей теории турбулентных течений 1. Все алгебраические модели построены на основе модели
- 151. Пристенные версии алгебраических моделей турбулентности Пристенные версии алгебраических моделей турбулентности в первую очередь настроены на расчёт
- 152. «Сшивка» решений Как правило, сшивка решений во внутренней и внешней областях производится в точке равенства турбулентной
- 153. Дополнительные сложности, возникающие при расчёте пограничных слоев При расчёте пристенных течений зачастую возникают некоторые дополнительные сложности.
- 154. 3. Продольный градиент давления не меняет логарифмического закона, но существенно изменяет интенсивность турбулентных пульсаций. Кроме того,
- 155. Моделирование пограничных слоев Современные представления о структуре турбулентного пограничного слоя (ТПС) основываются на анализе опытных данных.
- 156. Различные области ТПС отличаются друг от друга разномасштабностью вихревых (когерентных) структур. Цепочка вращающихся в противоположных направлениях
- 157. На рисунке показан типичный профиль скорости в ТПС, развивающемся на плоской пластине без градиента давления. Величина
- 158. вязкий подслой логарифмический слой слой следа u+=y+ u+=ln(y+)/k+C 20 40 60 100 101 102 103 104
- 159. Область применимости алгебраических моделей В настоящее время алгебраические модели практически уступили свое место дифференциальным. Однако в
- 160. 160
- 161. 161
- 162. 162
- 163. 163
- 164. 164
- 165. 165
- 166. 166
- 167. 167
- 168. 168
- 169. 169
- 170. 170
- 171. 171
- 172. 172
- 173. 173
- 174. 174
- 175. 175
- 176. 176
- 177. Огромный опыт, накопленный при эксплуатации полуэмпирических моделей турбулентности, привёл к ясному осознанию того, что надежды на
- 178. В этой области, наряду с традиционными исследованиями, направленными на усовершенствование существующих и разработку новых моделей турбулентности,
- 179. Среди более поздних попыток организации тщательного и всестороннего тестирования моделей турбулентности следует отметить Европейский проект по
- 180. В результате в настоящее время накоплена весьма обширная и объективная (свободная от вычислительных ошибок и не
- 181. В частности, иногда изначально двумерные задачи решаются в трёхмерной нестационарной постановке (такой подход в западной литературе
- 182. 182
- 183. Из таблицы видно, что в ближайшие годы основными подходами к решению сложных прикладных задач будет классический
- 184. Вопросы, выносимые на зачёт 1. Конвекция: естественная и вынужденная. Определить, основные различия. Конвективный теплообмен, типы. 2.
- 186. Скачать презентацию