Вертикальная пластина

Течение в пограничном слое при естественной конвекции на нагретой пластине можно видеть с помощью различных оптических методов. С этой целью параллельно нагретой поверхности направляется пучок света, который проходя нагретый пограничный слой , делает на экране позади тела теневое изображение, которое позволяет судить о толщине пограничного слоя и о местном коэффициент теплоотдачи. Теневое изображение возникает благодаря существованию градиента плотности в среде вокруг тела. Отклонение лучей пропорционально градиенту плотности у поверхности тела и, как следствие, тепловому потоку.

Кроме теневого метода исследования широко распространенный метод, основанный на интерференции света. На рис.7.1, а, б приведены снимки температурного пограничного слоя на вертикальной нагретой пластине и в кольцевом пространстве в условиях естественной конвекции, полученные методом интерферометрических полос. Расшифровка такого интерферограмы позволяет получить не только качественные, но и достаточно точные количественные результаты. Так, интерферометрические исследования позволяют получить данные о картине изотерм, температурных полях и локальных коэффициентах теплоотдачи.

В зависимости от размеров пластины, разности температур пластины и окружающей среды, физических свойств жидкости или газа, которые окружают пластину, течение в пограничном слое при обтекании пластины (в условиях свободной конвекции) может иметь ламинарный или турбулентной форму.

Интерферометрические измерения показали, что при естественной конвекции на вертикальной пластине переход ламинарного режима течения к турбулентному наступает при Rax> 7.1010, где Raх - число Рэлея, равное произведению числа Грасгофа Grх на число Прандтля Pr. Таким образом, в зависимости от величины х на разных участках одной и той же пластины возможны как ламинарный, так и турбулентный режимы течения в пограничном слое.

Теплоотдача вертикальной пластины при естественной конвекции изучалась экспериментально и теоретически многими учеными. Для математического описания рассматриваемого явления можно использовать уравнения движения и энергии с упрощениями, характерными для течения в пограничном слое.