Теплообмен на криволинейной поверхности

При обтекании криволинейной поверхности вследствие деформации линий тока возникает продольный градиент давления и при определенных условиях (в области замедленного движения жидкости) происходит отрыв пограничного слоя от поверхности обтекания. Отрыв пограничного слоя сопровождается обратным течением в пограничном слое и его значительное утолщение. При этом за точкой отрыва, вниз по течению, уравнения пограничного слоя теряют свою силу. Для того чтобы объяснить явление отрыва, рассмотрим обтекание кругового цилиндра (рис.6.10). Начиная с лобной точки А давление на внешней границе пограничного слоя уменьшается, при этом, согласно уравнению Бернулли, скорость возрастает до точки М, где градиент давления становится равным нулю. Далее в области замедленного течения (др / дх> 0) происходит восстановление давления. Но из-за наличия сил трения в пограничном слое кинетическая энергия частиц жидкости оказуеться недостаточной, чтобы преодолеть повышение давления от точки минимума давления к задней критической точки, и частицы жидкости, которые находятся непосредственно у стенки, сначала останавливаются, а дальше начинают двигаться назад, выталкивая пограничный слой к внешней течения. Рассмотренное явление отрыва потока при внешнем обтекании наблюдается также и при течении жидкости в каналах, резко расширяются.

Как уже говорилось, уравнение пограничного слоя остаются справедливыми только к точке отрыва, поэтому, перед тем как переходить к расчету теплообмена на криволинейной поверхности, необходимо определить параметры точки отрыва путем интегрирования уравнений пограничного слоя с учетом условий (6.110).

Приближенные расчеты показывают, что отрыв ламинарного изотермического пограничного слоя происходит при критическом значении формпараметра. Рассмотрим теперь влияние градиента давления на теплообмен. Как иллюстрация на рис.6.12 приведены распределения тепловых потоков и касательных напряжений в сечении пограничного слоя (x = y / d) в точке отрыва ламинарного пограничного слоя. Как видно из графика, градиент давления не оказывает существенного влияния на распределение тепловых потоков в сечении пограничного слоя. Поэтому стоит ожидать, что и закон теплообмена должен иметь значительную консервативность по отношению к изменению градиента давления на внешней границе пограничного слоя. Такие рассуждения подтверждаются прямыми расчетами.