Криволинейных поверхностей

При продольном обтекании плоской поверхности давление, скорость и температура потока теплоносителя вне пограничного слоя вдоль обтекаемой поверхности не изменяются. При обтекании тел с криволинейной поверхностью (цилиндр, шар, крыло, лопатка турбины и др.) происходит деформация потока теплоносителя, обтекающего тело, что вносит особенности в процесс теплообмена.

Теплоотдача при обтекании цилиндра (трубы) бесконечной длины диаметром d. Число Рейнольдса определяется в этом случае как Re = . При малых числах Рейнольдса пограничный слой в лобовой части цилиндра ламинарный. Скорость потока теплоносителя (вне пограничного слоя) изменяется здесь от нуля в точке К (рис. 2.5 а) до существенно превышающей скорость набегающего потока на боковой поверхности цилиндра. Но уже в его передней части (при j» 80^о) возникает отрыв пограничного слоя и образование двух вихревых зон.

а) б)

Рис. 2.5

Характер изменения местного коэффициента теплоотдачи по поверхности цилиндра a_j при ламинарном течении пограничного слоя соответствует штриховой линии на рис. 2.5 б (a_ср - средний по всей поверхности цилиндра коэффициент теплоотдачи). Первоначальное уменьшение a_j на лобовой части цилиндра объясняется ростом толщины ламинарного пограничного слоя, а в кормовой части (j > 90^о), где возникают интенсивные возвратные течения, коэффициент теплоотдачи увеличивается.

При более высоких числах Рейнольдса (Re > 2,0…2,5×10⁵), когда пограничный слой становится турбулентным, отрыв потока от поверхности цилиндра наступает позднее - при j» 110…140^о (точки и на рис. 2.5 а). Характер изменения a_j для данного режима течения (Re = 2,2×10⁵) соответствует сплошной линии на рис. 2.5 б. Здесь первоначальное снижение a_j, как и при ламинарном течении, объясняется ростом толщины пограничного слоя; первый минимум соответствует началу перехода ламинарного режима течения в пограничном слое в турбулентный, а второй - отрыву потока.

Критериальное уравнение для среднего коэффициента теплоотдачи поперечно обтекаемого цилиндра, полученное в результате обобщения экспериментальных данных, может быть представлено в виде следующей степенной зависимости

,

где значения коэффициента А и показателя степени m зависят от диапазона значений числа Рейнольдса.