Результатами
решения
уравнений
пограничного
слоя
являются
распреде
ления
скорости,
температуры
и
концентрации
в
зависимости
от
координат
х,
у.
Отсюда
мы
можем
определить потоки
импульса
(касательное
напряжение),
теплоты
и
диффундирующего
вещества
через
границу:
S = pdU/dy, q = - AdT/dy, j =
-DdС/dу
Но
существует
некоторое
отличие,
связанное
с
образованием
безразмер
ных
переменных
между
уравнениями
(22)
и
(23),(24).
Если
масштабом
для
скорости
является
просто
заданная скорость
внешнего
потока,
то
масштабы
температуры
и
концентрации
могут
быть
определены
лишь
через
разность
соответствующих
величин
на
стенке
и
вдали
от
стенки.
Продемонстрируем
вывод
соотношений
подобия
для
гидродинамической
и
тепловой
задач.
Итак
положим,
что
Pr = 1,
ТогдаRе
=
Ре.
Решения
уравнений
(23)-(24)
тождественны.
Обозначим
через
П
значение
производной
{)
И*/Оу*
при
у*=О.
Тогда
для
касательного
напряжения
и
теплового
потока на
стенке
имеем
Scm
=
П
j.iU/l
,.
Чст
=
ПЛLJТ/l
и
П
=
scm1/j.iU
=
Scm
рИl
/j.i/pU
2
=
Scm
=
Re/
ри
2
=
Чст
1/
лL1Т
=
аl
/л=
Nu.
Обозначая
Scm
/
ри
2
через
Cf/2
,
где
ч
:
коэффициент
трения,
получим
известное
соотношение
подобия
Nu/Pe = Cf/2 •
(25)
Аналогичное
соотношение
справедливо
и
для
диффузионного
числа
Нуссельта
(NUD),
которое
чаще
называют
числом
Шервуда
(Sh).
Таким
образом,
для
окрестности
твердой
стенки,
где
в
основном
и
про
исходят
процессы
взаимодействия
твердой
фазы
с
потоком
газовой
или жид
кой
фазы,
имеет
место
так
называемая
тройная
аналогия
между
передачей
импульса,
тепла
и
массы,
если
только
соблюдаются
условия
Pr
= 1, Sc = 1.
Практически
можно
говорить
,что
эти
числа
должны
не
слишком
сильно
отличаться
от
единицы.
Отклонения
от
условия
{)
р/
{)
х
=
О
проявляются
лишь
для
поверхностей
весьма
большой
кривизны.
Для
газообразных
сред
тройная
аналогия
оказывается
достаточно
близкой
к
реальности.
Иначе
обстоит
дело
для
жидкостей.
Для
них
величины
чисел
Pr
и
Sc
могут
существенно
отличаться
от
единицы.
Например,
для
жидких
металлов
число
Прандтля
может
быть
существенно
меньше
0,01,
а
для
высоковязких
жидкостей
(масла,
глицерин)
достигать
тысячи
и
более.
Еще
более
высокими
могут
быть
числа
Sc.
в
таких
случаях
приходится
даже
менять
подход
к
построению
зависимостей
для
теплоотдачи.
Об
этом
мы
поговорим
после
обсуждения
вопроса
о
турбулентности
и
аналогии
Рейнольдса.
19
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ