Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Пограничный слой как пример явлений переноса

АННОТАЦИЯ. Рассматриваются особенности поперечного течения жидкости(газа) в пограничном слое. Приводится закон вязкого трения Ньютона как частный случай обобщенного уравнения переноса.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

Пограничный слой и течение в нем жидкости (газа)

Рассмотрим течение жидкости или газа в пограничном слое между жидкостью и твердой стенкой. Оно характеризуется наряду с продольной скоростью vх наличием поперечной скорости vy , сравнимой по значению с продольной скоростью. Это явление возникает потому, что в реальных потоках жидкости и газа плотность и суммарный импульс частиц не равны друг другу в начале и в конце рассматриваемого на рисунке объема, то есть при x = 0 и x = dx.

Чтобы не нарушить законы сохранения, необходимо, чтобы дефицит или избыток частиц или их импульса при их движении параллельно оси Ox были бы скомпенсированы их притоком или оттоком через поверхности, параллельные плоскости xOz при y = 0 и y = dy. А это означает, что имеет место перенос частиц или импульса частиц поперек трубы. Наиболее заметно это явление в слое жидкости, пограничном с твердой стенкой. Такое явление называют в гидраэродинамике внутренним трением. Распределение поперечных скоростей vy в плоскости, перпендикулярной оси канала, весьма неравномерно, хотя оно симметрично относительно оси трубы. На самой оси симметрии vy = 0.

Если выделенный участок расположен асимметрично относительно оси потока, в пограничном слое, и речь идет о притоке жидкости со стороны стенки и об ее оттоке с другой стороны. Правда, следует учесть, что значения vy (например, при ламинарном течении в трубе) не превосходят 1–2% от значения (vx)max , что на практике приводит подчас к рассмотрению модели одномерного переноса. Но при допущении модели одномерного переноса объяснить физику явления невозможно.

В пограничном слое в каждом поперечном сечении потока имеет место перенос импульса, выделяемый в особую форму движения. Перемещаемой координатой этой формы движения является поперечный импульс (mv)y , а разностью потенциалов является разность продольных скоростей Δvx в интервале dy. Она называется в гидроаэродинамике сдвигом скоростей. Что касается продольного переноса импульса в пограничном слое в направлении оси Ox, то нет принципиального различия между переносом в центральной области потока (в так называемом ядре потока) и в пограничном слое. Это различие имеется лишь при поперечном переносе импульса в направлении оси , и оно существенно.

Диффузия в пограничном слое

Распределение плотности текучей среды поперек потока неравномерно, в том числе, и при рассмотрении так называемой несжимаемой жидкости. Плотность жидкости имеет минимум в так называемом критическом слое, расположенном неподалеку от стенки. Плотность жидкости понижается в направлении от центра потока к критическому слою, а затем повышается в направлении от критического слоя к стенке. Соответственно этому меняются значения поперечной скорости vy .

В пограничном слое превалирует поперечный перенос импульса. Ядро потока отличается от пограничного слоя именно тем, что в ядре vy значительно меньше vx , тогда как в пограничном слое значения скоростей vy и vx одного порядка.

Уравнение переноса в пограничном слое

Уравнение переноса в пограничном слое в точности соответствует закону вязкого трения И.Ньютона:

ΦR = – η /[dux /dy] S, ( 1 )

где η – динамическая вязкость.

В районе стенки присутствуют кроме гидродинамического пограничного слоя также диффузионный и температурный пограничные слои, поскольку там поперек потока меняются коэффициент диффузии и температура. С точки зрения обобщенного подхода к явлениям переноса принципиальная разница между всеми пограничными слоями отсутствует. Только толщина каждого пограничного слоя зависит от значения коэффициента переноса в обобщенном уравнении переноса. А поскольку значения коэффициентов переноса разные, то различна и толщина вышеперечисленных пограничных слоев.

© И. Коган Дата первой публикации 21.06.2008
Дата последнего обновления 21.06.2008

Оглавление раздела Предыдущая Следующая