10.14. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОБТЕКАНИИ ОДИНОЧНОГО ЦИЛИНДРА

Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления имеет вид, показанный на рис. 10.13. Там же нанесено сопротивление трения в пограничном слое на лобовой части цилиндра. Качественно картина та же, что и для сферы. На рис. 10.14 показано изменение картины поперечного обтекания цилиндра с ростом числа Рейнольдса. Отчетливо виден процесс возникновения отрыва пограничного слоя и формирования кормовой вихревой зоны. На рис. 10.13 видно, что первая автомодельная зона лежит в области чисел и характеризуется значением .

Рис. 10.13. Зависимость коэффициента сопротивления круглых цилиндров различных диаметров d от числа Рейнольдса (измерения Визельсберга)

Вторая автомодельная область имеет место при и характеризуется значением . Для цилиндра конечном длины уменьшается.

Рис. 10.14. Влияние числа Рейнольдса па течение жидкости за круглым цилиндром

На рис. 10.15 кривая представляет изменение относительного коэффициента теплоотдачи по окружности поперечно обтекаемого цилиндра при . Кривая 2 показывает распределение относительного коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра жидким натрием, т. е. при . Уменьшение коэффициента теплоотдачи от лба цилиндра к его середине (относительно направления потока) связано с нарастанием в этой области пограничного слоя. В точке минимума начинается возрастание коэффициента теплоотдачи, связанное с развитием вихреобразован и в кормовой области цилиндра. Отчетливо видно вырождение зон влияния отрыва пограничного слоя () для среды с .

По опытам с потоком воздуха естественной турбулентности найдены значения коэффициентов (табл. 10.7) в степенной формуле:

    (10.14.1)

Как в случае обтекания пластины, так и здесь при больших числах закон теплоотдачи оказывается почти точно совпадающим с законом для турбулентного течения в трубе. Физические свойства относятся к средней температуре потока. Пересчет на жидкость с может быть произведен по формуле

    (10.14.2)

Рис. 10.15. Распределение теплоотдачи но окружности цилиндра, обтекаемого воздухом (1) и жидким металлом (2)

Таблица 10.7. Значения коэффициентов С и m в формуле (10.14.1) по ряду экспериментальных данных при

Опыты Ульзамера, В. И. Гомелаури, А. А. Жукаускаса и др. подтверждают возможность использования формулы (10.14.2) для практических расчетов.

По Гильперту влияние температурного фактора при поперечном обтекании газом бесконечного цилиндра определяется эмпирической формулой

    (10.14.3)

т. е. влияние температурного фактора для теплоотдачи плохо обтекаемого тела обратно его влиянию в безотрывном течении.

Угол между направлением потока и осью цилиндра называется углом атаки. Приведенные выше формулы справедливы для угла атаки . На рис. 10.16 представлены результаты опытов по влиянию угла атаки на относительное изменение теплоотдачи цилиндра. В области углов 90—70° теплоотдача остается практически на одном и том же уровне.

При коэффициент теплоотдачи существенно снижается. Для тел призматической формы данные о теплоотдаче получены Л. Д. Берманом и др.

На теплоотдачу одиночной трубы заметно влияет также степень турбулентности набегающего потока жидкости. Степень возрастания теплоотдачи при увеличении степени турбулентности набегающего потока видна из табл. 10.8, составленной М. А. Михеевым.

При меняется как характер распределения коэффициента теплоотдачи по окружности трубы, так и его зависимость от скорости набегающего потока.

Рис. 10.16. Влияние угла атаки на теплоотдачу цилиндра

Таблица 10.8. Степень изменения коэффициента теплопередачи одиночного цилиндра в потоках с неодинаковой турбулентностью

При поток можно считать потенциальным. Для этих вырожденных условий обтекание цилиндра было изучено Перси и Уинни, а также Грошем и Цессом. Это решение имеет вид

    (10.14.4)

Эти формулы могут быть обобщены на числа поправкой типа формулы (10.5.5), т. е. представлены в виде

    (10.14.5)

Здесь число Пекле

    (10.14.6)

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Басина И. П., Максимов И. А. Исследование аэродинамического сопротивления сферической частицы при теплообмене и горении.— «Теплоэнергетика», 1969, № 1, с. 75.

2. Жидкометаллические теплоносители. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.. Атомиздат, 1976. Авт.: В. М. Боришанский, С. С. Кутателадзе, И. И. Новиков, О. С. Федынский.

3. Зысина-Моложен Л. М., Зыснн Л. В., Поляк М. П. Теплообмен в турбомашинах. Л., «Машиностроение», 1974.

4. Исатаев С. И., Жанабаев 3. Ж. Теплоотдача шара при струйном обтекании. — «Инж.-физ. журн.», 1968, т. 14, № 4 с. 586.

5. Кутателадзе С. С., Леонтьев А. И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М., «Энергия», 1972.

6. Лойцянскнй Л. Г. Механика жидкости и газа. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Наука», 1970.

7. Федяевский К. К., Гиневский А. С., Колесников А. В. Расчет турбулентного пограничного слоя несжимаемой жидкости. Л., «Судостроение», 1973.

8. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М., «Наука», 1969.