Участки гидродинамической и термической стабилизации.

При входе жидкости в трубу за счет торможения, вызываемого стенками, на них формируется гидродинамический пограничный слой.
По мере удаления от входа толщина пограничного слоя возрастает,
пока пограничные слои, прилегающие к противоположенным стенам,
не сомкнутся. Этот участок называется начальным или участком гидродинамической стабилизации – l_нг.

Подобно изменению профиля скоростей по длине трубы изменяется
и профиль температур.

Рассмотрим ламинарное движение жидкости.

Ранее, в разделе дисциплины «Гидродинамика и гидродинамические процессы» [2], нами был рассмотрен гидродинамический начальный участок.

Для определения длины начального участка была предложена следующая зависимость

.

Для жидкости, как известно Pr > 1, следовательно, тепловой пограничный слой будет находиться внутри гидродинамического пограничного слоя.
Это обстоятельство позволяет считать, что тепловой пограничный слой развивается в стабилизированном гидродинамическом участке и профиль скорости известен – параболический.

Температура жидкости во входном сечении теплообменного участка постоянна по сечению и равна и в ядре потока она не меняется. При этих условиях уравнение теплового пограничного слоя имеет вид

. (41)

Решение этого уравнения при вышеперечисленных условиях дает:

· для длины теплового начального участка

; (42)

· для местного коэффициента теплоотдачи

; (43)

· для среднего коэффициента теплоотдачи длиной

; (44)

· для местного числа Нуссельта

; (45)

· для среднего числа Нуссельта

. (46)

Рассмотрим уравнение (42). Если , то .
Для жидкостей Pr > 1, поэтому в большинстве случаев, особенно
для жидкостей с большим Pr,

теплообмен при ламинарном режиме движения осуществляется в основном на участке термической стабилизации.

Как видно из соотношения (43) a для трубы на участке термической стабилизации уменьшается по мере удаления от входа (увеличивается толщина теплового пограничного слоя d_т) (рис. 1.6).

r

T*= 1

Tст

lнт

T*

d

dт(x)

T*= (T(x,r) – Tст) / ( – Tст)

Рис. 1.6. Профиль температуры на начальном и стабилизированном участке

при ламинарном течении жидкости в цилиндрической трубе