Cтраница 4
Было показано, что при вдуве в пограничный слой легких газов ( водород, гелий) числа Прандтля и Шмидта в ламинарном подслое могут существенно отличаться от единицы. Неучет этого обстоятельства не приводит к существенной ошибке в расчете трения, но может привести к значительной неточности в расчете теплообмена между газом и стенкой. При рассмотрении химического взаимодействия предполагалось, что скорость химической реакции бесконечно велика по сравнению со скоростью диффузии; это позволило считать зону реакции ( фронт пламени) бесконечно тонкой поверхностью по сравнению с толщиной пограничного слоя. Обобщение на случай сублимирующей поверхности, так же как и в работе В. П. Мотулевича ( 1962), было обосновано Ю. В. Лапиным ( 1964) предположением о том, что механизм переноса импульса, тепла и вещества в пограничном слое при подаче вещества сквозь пористую поверхность или при наличии сублимации одинаков. [46]
В предлагаемом справочнике приведены обобщающие данные по методам расчета трения и тепломассообмена на телах, обтекаемых жидкостью и газом, на основе теории пограничного слоя. Справочник составлен по обычной схеме. Даны предпосылки теории механики жидкости и газа, затем рассмотрены методы расчета трения и теплообмена в ламинарном пограничном слое и, наконец, в турбулентном пограничном слое. В обоих случаях движение несжимаемой жидкости предшествует движению сжимаемой жидкости. При рассмотрении ламинарного пограничного слоя большое внимание уделено точным ( автомодельным) методам расчета. Сообщаются также основные сведения по теории равновесных турбулентных слоев. В книгу включены те из приближенных методов расчета, которые согласуются с данными измерений и получили практическое применение. В справочник не включены сведения о влиянии химических реакций, возникающих при гиперзвуковых скоростях, на процесс течения в пограничном слое. Изложению этих сведений посвящена книга У. Автор исходил из того, что при современных масштабах теории пограничного слоя отдельный исследователь не в состоянии достаточно полно охватить все ее области. Поэтому книга не претендует на исчерпывающую полноту изложения материала по рассматриваемым вопросам. Она написана по результатам работ, опубликованным в печати. Перечень литературных источников в книге содержит только те источники, на которые прямо или косвенно имеются в тексте ссылки. [47]
Попытка найти строгое аналитическое решение наталкивается на непреодолимые трудности. Так, С. С. Кутате-ладзе и А. И. Леонтьев [5.12] провели теоретический анализ процесса, в котором применили приближенные методы расчета трения, тепло - и массообмена, основанные на использовании интегральных соотношений импульсов, энергии и диффузии. [48]
Ниже излагается теория турбулентного пограничного слоя сжимаемого газа, основанная на исследовании относительного изменения коэффициентов трения и теплоотдачи под влиянием неизотермичности потока, проницаемости стенки и градиента давления. Показано существование предельных законов трения и теплообмена, не зависящих от эмпирических констант турбулентности и каких-либо полуэмпирических теорий турбулентности. Известный факт слабого влияния числа Рейнольдса на относительное изменение коэффициентов трения и теплоотдачи в связи с неизотермичностью и проницаемостью позволяет с хорошей степенью точности распространить предельные законы на турбулентные течения с конечными числами Ке. В результате предлагаются относительно простые методы расчета трения и теплообмена, основанные на решении интегральных уравнений импульсов и энергии. [49]
Наконец, в третьем, наиболее простом и также эмпирическом направлении, получившем развитие главным образом в ранних работах ( сравнительно небольшие числа Маха и отклонения температуры поверхности ют равновесной), принималось, что температура в пограничном слое постоянна и равна некоторой определяющей температуре. Начало методам подобного рода было положено Т, Карманом в 1935 г., который принял в качестве определяющей температуру стенки, К настоящему времени различными авторами предложено большое количество эмпирических формул для определяющей температуры, однако все они приводят к удовлетворительным результатам лишь в сравнительно узком диапазоне изменения чисел Маха и температурного фактора. К той же категории эмпирических методов следует отнести метод Л. В. Козлова ( 1963), который на основе обработки опытных данных по трению на плоской пластине предложил новую эмпирическую формулу для расчета трения. [50]