Гидродинамический, Тепловой и диффузионный пограничные слои.

Интенсивность теплоотдачи зависит от характера движения жидкости относительно поверхности теплообмена, ко­торое может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарным называют такое движение, при котором возможно существова­ние стационарных траекторий ее частиц. При ламинарном ре­жиме течения частицы жидкости движутся, не перемешиваясь друг с другом, параллельно стенкам канала и траекториям дру­гих частиц. Турбулентным называют движение с хаотично из­меняющимися во времени траекториями частиц. При этом в по­токе возникают нерегулярные пульсации скорости, давления и других параметров, приводящие к интенсивному перемешиванию частиц жидкости между собой.

Движение жидкости (ламинарное или турбулентное) относи­тельно неподвижной стенки вблизи нее затормаживается вслед­ствие трения о стенку. Чем меньше расстояние от поверхности стенки до рассматриваемого слоя жидкости, тем меньше его скорость. Исчезающий тонкий слой жидкости, непосредственно примыкающий к стенке, обычно считают неподвижным (условие прилипания). Область течения вязкой жидкости, характеризую­щаяся малой (по сравнению с продольными размерами области) толщиной и большим поперечным градиентом скорости, вызы­вающим поперечный перенос количества движения, называется гидродинамическим пограничным слоем. Это понятие впервые было введено Л. Прандтлем в 1904 г.

Рисунок 10.1 иллюстрирует формирование гидродинамическо­го пограничного слоя при продольном обтекании жидкостью

некоторой поверхности. Во входном сечении (х = 0) и за преде­лами гидродинамического пограничного слоя при х>0 наблю­дается невозмущенный поток, характеризующийся бесконечно малым влиянием на него стенки. Толщина пограничного слоя б_г по мере увеличения координаты х на рисунке возрастает, т. е. влияние вязкости при движении жидкости все дальше проника­ет в невозмущенный поток. Течение жидкости в пограничном слое у стенки может быть ламинарным, турбулентным или пере­ходным от первого режима ко второму. В турбулентном погра­ничном слое непосредственно у стенки наблюдается тонкий слой жидкости с ламинарным ее движением — так называемый вяз­кий или ламинарный подслой.

По аналогии с гидродинамическим пограничным слоем Г. Н. Кружилиным было введено понятие теплового погранично­го слоя, под которым понимают область течения вязкой тепло­проводной жидкости, характеризующуюся малой (по, сравнению е продольными размерами области) толщиной и большим попе­речным градиентом температуры, вызывающим перенос теплоты (рис. 10.2).

Под толщиной пограничного слоя — гидродинамического или теплового — понимают условную величину, определяемую как расстояние по нормали от стенки, на котором, соответственно продольная составляющая скорости или температура, с задан­ной точностью достигают своего предельного значения вдали от стенки, т. е в ядре потока. В общем случае толщина гидроди­намического пограничного слоя отличается от толщины тепло­вого пограничного слоя: b_r ≠ S_m. Наряду с понятием гидродина­мического и теплового пограничных слоев существует также по­нятие диффузионного пограничного слоя, который характеризу­ется большим поперечным градиентом концентрации данного компонента в смеси. Под действием этого градиента происходит поперечный перенос рассматриваемого компонента.