Физические особенности интенсификации теплообмена для сред с высокими числами Прандтля в области перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения

Abstract

В теплообменниках с высоковязкими средами реализуется движение с числами Re, соответствующими ламинарной и переходной областям для гладкого канала. При этом использование искусственной шероховатости (ИШ) дает возможность получать степени интенсификации тем большие, чем больше число Pr. Для объяснения этих результатов важно установить отличие развития турбулентности в интенсифицированном канале от гладкого. Новые данные Хао, Эволда и Олсена позволили установить как быстро после перехода к турбулентности распределение пульсаций поперечной скорости и касательных напряжений с ростом числа Re приближается к установившемуся. Зона порождения турбулентности в гладком канале расположена в интервале 30 < y⁺ < 40. Сопоставление масштабов ИШ, приводящих к снижению Reкр и положения этой зоны в гладкой трубе, позволили сделать вывод, что зона образования вихрей для ИШ оказывается ближе к стенке, чем при генерации турбулентности по обычному сценарию. Это дает основания предполагать, что влияние генерируемых на элементах ИШ вихрей, будет сильнее влиять на теплоотдачу жидкостей с высокими числами Pr, поскольку для них основное термическое сопротивление сосредоточено в относительно тонком слое. Изложенная схема позволяет объяснить экспериментальные данные ряда авторов, а также обеспечить более надежное прогнозирование эффективности интенсификации теплообмена в зависимости от числа Pr.