D. ТЕПЛООБМЕН В ТЕКУЩИХ ЖИДКОСТЯХ. ПОТОКИ, ВЫЗВАННЫЕ НАГРЕВАНИЕМ СРЕДЫ
§ 16. Предварительные замечания.
Точное теоретическое исследование задач, связанных с теплообменом в текущих жидкостях и с возникновением потоков вследствие нагревания среды, представляет очень большие трудности, так как такие материальные характеристики жидкости, как плотность, вязкость, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость, — все зависят от температуры. Более доступны теоретическому исследованию задачи, в которых разности температур в разных точках среды очень небольшие, — в таких задачах материальные характеристики можно рассматривать как постоянные величины. Но и в этом случае, для того чтобы довести вычисления до конца, приходится ограничиваться рассмотрением только особо простых задач. Все эти задачи можно разделить на две группы. В задачах первой группы рассматриваются такие потоки, которые вызваны внешними причинами и относительно которых предполагается, что поле скоростей в них получается таким же, как если бы разностей температур не было. Следовательно, в этих задачах не учитываются те движения потока, которые возникают вследствие разностей плотности, вызванных тепловым расширением. При решении этих задач прежде всего требуется найти только температурное поле, возникающее вследствие
теплопроводности и конвекции; это температурное поле определяет и количество переносимого тепла. Потоки, являющиеся предметом исследования задач первой группы, называются вынужденными конвективными потоками.
В задачах второй группы рассматриваются потоки, возникающие в поле тяжести вследствие теплового расширения, и при этом предполагается, что никаких других причин, обусловливающих движение, не имеется. При решении таких задач требуется одновременно с полем скоростей найти и температурное поле. Потоки, являющиеся предметом исследования задач второй группы, называются естественными конвективными потоками.
Изучению теплообмена в текущих жидкостях, особенно экспериментальному, посвящены многочисленные работы. Подробный разбор всех этих работ выходит за рамки настоящей книги. Мы ограничимся лишь кратким рассмотрением наиболее существенных вопросов. Подробности можно найти в специальных курсах.
