了解流体如何加热或冷却,表面



无论是水穿过冷凝器盘在工业工厂中流动,或通过空气加热和冷却管道嘶嘶,流体穿过平坦表面的流动在许多现代生活的过程的心脏的现象。然而,这一过程的各个方面已经知之甚少,有的已被教导正确工程的学生,一个新的分析显示的几代人。

该研究调查了几十年的流体流动发表的研究和分析。它发现,虽然大多数本科教科书和课堂教学传热描述了这样的流为具有由突然过渡分隔的两个不同的区域,实际上有三个不同的区域。一个漫长的过渡区是一样作为第一个和最后区显著,研究人员说。

差异有两种不同的方式,流体可以流动之间的转变有关。当水或空气开始沿平坦,固体片材,薄边界层的形式流动。这一层,于表面,因为在所有的摩擦几乎不移动最接近部分内时,一部分的正上方流动快一点,依此类推,直到在那里在原始流的全速移动的点。在速度跨越薄边界层这种稳定,逐渐增加被称为层流。但进一步downsteam,流量变化,分解成被称为湍流混乱回旋和漩涡。

此边界层的特性确定流体罐转移的热量,这是关键的,如用于高性能计算机,海水淡化厂或发电厂冷凝器许多冷却过程如何。

学生们被教导好像有从层流向紊流的突然变化来计算这种流动的特性。但约翰·林哈德中,阿卜杜勒·拉夫的水贾米尔教授,澳门太阳城官网(备用网站)机械工程系,取得公布的实验数据进行了仔细分析,发现这幅画忽略了过程中的一个重要组成部分。结果刚刚发表在 传热杂志

林哈德的热传递数据的审查后发现的层流和湍流之间的过渡显著区流动。这个过渡区的热流动性逐渐变化与其他两个区域之间,区间是一样长,独特的层流区它前面。 

这些发现可能有一切从热交换器用于脱盐或其他工业规模的过程设计的影响,了解空气通过喷气引擎的流量,林哈德说。

事实上,虽然大多数工程师在这样的系统中工作的理解很长的过渡区的存在,即使它不是在本科教材,林哈德笔记。现在,通过明确和量化的转变,这项研究将有助于使理论教学与现实世界的工程实践行。 “突然过渡的概念已经在传热课本和教室已根深蒂固,在过去60年或70年,”他说。

用于沿着一个平面上理解流的基本公式是对于所有的更复杂的流的情况下的基本基础如气流在弯曲飞机机翼或涡轮机叶片,或用于冷却空间飞行器,因为它们重新进入大气。 “平面是如何理解任何这些东西的工作,出发点”林哈德说。

该理论的平坦表面设置了由德国研究人员恩斯特pohlhausen于1921年,但即便如此,“实验室实验通常不符合边界条件所假设的理论。实验室板可能有一个圆形的边缘或不均匀的温度,所以在20世纪40年代,50年代经常调查,和60年代的“调整”自己的数据与这个理论力的协议,”他说。本来很好的数据和这个理论也是在传热文学专家中引发了热烈的争论之间的差异。

林哈德发现,研究人员与英国空军部已确定,并可以部分地解决不均匀的表面温度的问题,在1931年“但他们无法完全解决他们得出的方程式,”他说。 “那要等到可以使用数字电脑,开始于1949年。”同时,专家之间的争论焖上。

林哈德说,他决定先看看对正在教导方程中的实验依据,认识到研究人员已经知道了几十年的过渡中发挥了显著的作用。 “我想用这些方程的绘图数据。这样一来,学生可以见公式如何做了或没工作,”他说。 “我看着实验文献全部回的方式收集1930年这些数据所做的事情非常清楚:什么我们的教学是非常简单化了。”并在流体流动的描述中的差异意味着热传递的计算是有时断开。

现在,有了这个新的分析,工程师和学生将能够计算温度和热在非常广泛的流动条件和流体流准确,林哈德说。

“一个区域内的传热系数,其中从层流过渡到湍流流态的预测一直是一个大的科学挑战,由于缺乏基本的物理学明确第一原则的理解,说:”安德烈·费奥多罗夫,在佐治亚理工学院机械工程系教授,谁没有参与这项工作。他补充说,林哈德“通过不同的实验数据的发表了不同的研究人员数十年的过渡区域中排列认真梳理,并与一个令人惊讶的有效上来,在其预测能力,相关的传热系数跨越全流量范围从层流过渡到紊流“。

罗伯特·马汉,在弗吉尼亚理工大学机械工程名誉教授,谁也没有与此相关的工作,说林哈德“时指出 - 和解决 - 在古典文学的不一致性也水涨船高未解决了不止一代。当学术灰尘从这个简短而有力的旋风平息,这无疑将在更新的相关性在这方面的贡献是严肃的学者和实践工程师将使用预测从平板传热呈现“。