12.2. КОЭФФИЦИЕНТ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОБОБЩЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ

Термодинамическая температура потока может быть измерена только таким термоприемником, относительная скорость которого равна нулю. В ином случае термометр будет показывать некоторую температуру, промежуточную между термодинамической температурой и температурой торможения. В общем случае

    (12.2.1)

где — так называемый коэффициент восстановления, который зависит от физических свойств потока, режима течения, геометрической формы и физических свойств обтекаемой поверхности (измерителя). При этом предполагается, что теплообмен излучением пренебрежимо мал. Температура, которая устанавливается на поверхности тела при отсутствии в нем каких-либо тепловых потоков (т. е. теплопередачи по нормали и растечек тепла вдоль этой поверхности вследствие теплопроводности), называется равновесной температурой.

Равновесная температура стенки определяется формулой (12.2.1), причем коэффициент восстановления в этом случае зависит только от свойств потока и геометрии обтекаемой поверхности. Для газа при заданной форме тела коэффициент восстановления в случае равновесной температуры

    (12.2.2)

Для продольно обтекаемой пластины при ламинарном пограничном слое , а при турбулентном пограничном слое . При поперечном обтекании проволок газом по В. С. Жуковскому при Re < 3000

    (12.2.3)

Исследования коэффициента восстановления для различных областей значений чисел Re были проведены В. С. Жуковским и Л. М. Зысиной-Моложен {табл. 12.1). На рис. 12.1 приведены расчетные зависимости коэффициента восстановления от числа при обтекании плоской пластины. Как видно, у неметаллических жидкостей равновесная температура стенки может существенно превышать температуру торможения в невозмущенном потоке То. Объясняется это тем, что вблизи стенки интенсивность диссипации работы трения пропорциональна , а отвод выделившейся теплоты от теплоизолированной стенки в ядро потока жидкости пропорционален .

Отсюда при подобии между трением и теплообменом , а при теплоотвод через пограничный слой затрудняется и . В турбулентном пограничном слое такое подобие нарушается при только вследствие процессов молекулярного трения и молекулярной теплопроводности в тонком вязком подслое. Поэтому зависимость величины от числа для турбулентного пограничного слоя слабее, чем для ламинарного пограничного слоя. Значения коэффициента восстановления при течении в трубах близки к соответствующим значениям для пластины.

Таблица 12.1. Коэффициенты восстановления при поперечном обтекании воздухом проволок

Рис. 12.1. Коэффициент восстановления при обтекании пластин: 1 — ламинарный пограничный слой; 2 — турбулентный пограничный слой

Таким образом, характерной величинои, определяющей поток энтальпии, является разность энтальпии при параметрах на стенке и энтальпии изоэнтропического торможения с учетом коэффициента восстановления. Поэтому определение (9.5.6) коэффициента теплоотдачи по разности энтальпии стенки и энтальпии торможения в общем случае целесообразно записать в форме

    (12.2.4)

где — равновесная энтальпия стенки. Эта формула имеет то достоинство, что всегда дает при правильное значение теплового потока