Глава 3. УРАВНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ
3.1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПОЛЕМ ТЕМПЕРАТУР И ПОЛЕМ СКОРОСТЕЙ В ДВИЖУЩЕЙСЯ СРЕДЕ
Наличие конвективного члена в уравнении (2.3.1) показывает, что в движущейся среде теплообмен осуществляется не только за счет теплопроводности, но и вследствие переноса тепла перемещающимися частицами среды (жидкости, газа). При этом интенсивность конвективного переноса тепла пропорциональна мгновенному значению скорости течения среды в данной точке пространства. Следовательно, конфигурация поля температур в движущейся среде существенным образом зависит от конфигурации поля скоростей.
С другой стороны, температурное поле вызывает нарушение однородности физических свойств среды. В областях с более высокой температурой плотность среды вследствие теплового расширения уменьшается, и получается неустойчивое распределение плотности. Элементы жидкости приходят в движение, обусловленное температурным полем. Если жидкость (газ) не подвергается какому-либо внешнему механическому воздействию, побуждающему ее к перемешиванию (например, воздействию насоса), то единственным источником движения среды в этом случае оказывается процесс теплообмена. Такое движение жидкости или газа называется свободной тепловой конвекцией, в отличие от вынужденной конвекции, когда движение среды обусловливается внешним воздействием.
Кроме того, наличие неоднородного температурного поля обусловливает и переменность вязкости жидкости, что также сказывается на характере поля скоростей.
Таким образом, поля температур и скоростей в движущейся среде являются следствием тепловых и механических взаимодействий и, строго говоря, не могут рассматриваться в отрыве друг от друга. При этом поле температур всегда самым существенным образом зависит от поля скоростей. В отношении же поля скоростей можно выделить такие течения, в которых тепловое воздействие весьма мало по сравнению с воздействием внешнего побудителя движения. Поэтому в условиях вынужденной конвекции часто пренебрегают влиянием поля температур на поле скоростей и учитывают только обратное воздействие.
Этот прием имеет важное методологическое значение, так как самым существенным образом упрощает исследование теплообмена в ряде практически важных задач с дозвуковыми скоростями течения.
