24) Режим движения, при котором отсутствуют пульсации скорости и перемешивание частиц, называется ламинарным (от латинского слова lamina слой) режимом движения.

Режим движения, характерной особенностью которого является перемешивание частиц и пульсации скорости, называется турбулентным (от латинского слова turbulentus беспорядочный) режимом движения.

Ламинарный режим движения встречается чаще всего при движении по трубам жидкостей с большой вязкостью (нефти, нефтепродуктов и т.д.), а также при движении воды в тонких капиллярных трубках и порах грунта.

Турбулентный режим встречается в большинстве случаев гидротехнической и гидромелиоративной практики (движение воды в трубах, каналах, реках и т.п.).

Многочисленные экспериментальные данные подтверждают, что при разных режимах движения жидкости потери энергии по разному зависят от скорости движения.

Пограни́чный слой (ПС) в аэродинамике — слой трения: тонкий слой на поверхности обтекаемого тела или летательного аппарата (ЛА), в котором проявляется эффект вязкости. ПС характеризуется сильным градиентом скорости потока: скорость меняется от нулевой, на поверхности ЛА, до скорости потока вне пограничного слоя (в аэродинамике принято рассматривать ЛА неподвижным, а набегающий на него поток газа имеющим скорость ЛА, т. е. в системе отсчёта ЛА). Пограничный слой - это тонкий слой воздуха непосредственно соприкасающийся с поверхностью тела обтекания, скорость в котором изменяется от 0 до местной скорости потока.

Пограничный слой может находиться в различных состояниях, основные из которых:

- ламинарное

- турбулентное

- отрывное

От того, в каком состоянии находится пограничный слой зависят характеристики обтекания ЛА: сопротивление трения, тепловые потоки к поверхности ЛА, подъёмная сила. Сопротивление трения увеличивает расход топлива ЛА, поэтому ЛА стараются проектировать таким образом, чтобы его обтекание было максимально ламинарным. Тепловые потоки наиболее важны при сверх- и гиперзвуковых скоростях (например для возвращаемых космических аппаратов). Высокие тепловые потоки приводят к тому, что на гиперзвуковые ЛА приходится ставить теплозащиту. Поскольку в турбулентном пограничном слое тепловые потоки в 10-100 раз выше, чем в ламинарном, то для проектирования ЛА крайне важную роль играет предсказание положения ламинарно-турбулетного перехода.

25) Массовая теплоёмкость (С) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин (Дж·кг−1·К−1).

Объёмная теплоёмкость (С′) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м−3·К−1).

Молярная теплоёмкость (Сμ) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

Связь между этими теплоемкостями: с = с/ · υ = сμ / μ , где - υ = V/m - удельный объем вещества, [м3/кг]; μ = m /ν – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].

Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарный) и при постоянном объеме (изохорный).

26) Температурное поле, совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически Т. п. может быть описано уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное Т. п.). Для установившихся (стационарных) режимов Т. п. от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость Т. п. от двух, а иногда от одной координаты. Графически Т. п. изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, а для двухмерного поля — посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально градиенту температуры; при этом скалярному Т. п. соответствует векторное поле градиентов температуры.

Градиент температуры - Это вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и равный частной производной температуры по этому направлению.

Тепловой поток, количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность Т. п. совпадает с размерностью мощности. Т. п. измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Т. п., отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью Т. п., удельным Т. п. или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в вт/м2 или ккал/(м2×ч). Плотность Т. п. — вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.

ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПОВЕРХНОСТНАЯ (Q) — вектор, направленный в сторону движения теплоты; его модуль измеряется количеством теплоты, проходящей в единицу времени через единицу поверхности, направлению движения теплоты. В геофизике часто отождествляется с тепловым потоком, что не точно. П. т. п. п. связана с коэф. теплопроводности п. λ и геометрическим градиентом отношением Q = — λ; знак ‹—› учитывает, что направление движения теплоты противоположно увеличению глубины. Вариации Q относительно среднего значения (1,2—1,5)-10-кал/см2-сек связаны с особенностями геол. строения районов.

27) Чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Важность чёрного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее простой нетривиальный случай, состоит ещё и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно чёрного (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно чёрного тела вышла на первый план).

Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (то есть имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце.

ЧЕРНОЕ ТЕЛО, в физике - идеальное тело, которое полностью поглощает падающее на него излучение и ничего не отражает. Такое тело выглядело бы «абсолютно» черным, потому и было названо соответственно. Исследование черных тел сыграло важную роль в развитии физики. Оно стало основой, на которой были созданы закон ВИНА, закон Стефана-Больцмана (см. БОЛЬЦМАН) и закон Планка об излучении черного тела, а также открытия Планка в области квантовой механики.

Серое тело, тело, поглощения коэффициент которого меньше 1 (коэффициент черноты С. т.) и не зависит от длины волны l излучения. Коэффициент поглощения al, Т,всех реальных тел зависит от l (их поглощение селективно), поэтому их можно считать серыми лишь в интервалах l, где al,

Т приблизительно постоянен. В видимой области спектра свойствами С. т. обладают уголь (al, Т = 0,80 при 125—625 °С), угольные нити ламп накаливания (al, Т = 0,526 при 1040—1405 °С), сажа (al, Т = 0,94—0,96 при 100—200 °С). Платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиболее широком интервале l — от видимого света до 25—30 мкм (al, Т = 0,93—0,99).

С. т. является источником т. н. серого излучения — теплового излучения, одинакового по спектральному составу с излучением абсолютно чёрного тела, но отличающегося от него меньшей энергетической яркостью. К серому излучению применимы законы излучения абсолютно чёрного тела (в них заменяются лишь константы) — Планка закон излучения, Вина закон излучения, Рэлея — Джинса закон излучения. Понятие С. т. применяется в оптической пирометрии.

Коэффициент черноты и излучения - это отношение количества энергии собственного излучения тела при данной температуре к энергии излучения черного тела той же температуры.

28) Для идеальных газов зависимость между параметрами р, v и T устанавливается уравнением состояния p·v=R·T. Причем два из этих параметров однозначно определяют третий. Перегретый и насыщенный пары по своим свойствам существенно отличаются от идеальных газов. Поэтому соотношения между параметрами р, v и Т перегретых и насыщенных паров значительно сложнее, чем уравнение состояния идеального газа. Для насыщенных паров давление является функцией температуры (р=f(Т)). Таким образом, для насыщенных паров две переменные р и Т не определяют состояния. Причем удельный объем vx определяется степенью сухости пара х. Удельный объем vx является функцией параметров р и х или T и х. Объемы vb и vc являются функциями температуры или давления (рис. 6.2). Следовательно, чтобы определить состояние насыщенного пара, необходимо установить зависимости вида p=f(T), vb=j(р), vc=f(р).

В настоящее время известны многочисленные уравнения состояния перегретого водяного пара. Эти уравнения связывают между собой основные параметры р, v и Т.

Одним из наиболее точных уравнений состояния водяного пара является уравнение Вукаловича—Новикова. Однако такие уравнения, в том числе и уравнения М.П.Вукаловича и И.И.Новикова, имеют весьма сложный вид и расчеты по ним являются чрезвычайно трудоемкими. Поэтому при практических расчетах параметров паров используются специальные таблицы и диаграммы, составленные на основании экспериментальных и теоретических данных. В них приводятся соответствующие друг другу значения р, T, vb, vc, ib, ic, r, sb и sc.

В настоящее время составлены подробные таблицы для перегретых и насыщенных водяных паров до температур 1000 °С и давления 98 МПа. Таблицы составлены с высокой степенью точности. Известны три вида таблиц:

1) термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температуре);

2) термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлению);

3) термодинамические свойства воды и перегретого пара.

В первой таблице указывают температуры сухого насыщенного пара и кипящей воды (по Цельсию и Кельвину) и соответствующие им давление, энтальпии, энтропии, теплоту парообразования и удельные объёмы.

Во второй таблице указывают давление сухого насыщенного пара и кипящей воды и соответствующие им температуру, энтальпии, энтропии, теплоту парообразования и удельные объёмы.

В третьей таблице для различных сочетаний температур и давлений приводятся соответствующие им энтальпия, энтропия и удельный объём воды или перегретого пара.

Как уже отмечалось, пар как реальный газ не подчиняется простым закономерностям идеальных газов, поэтому расчеты процессов с водяным паром проводятся с помощью таблиц или графически с помощью диаграмм.

Наиболее удобно оценивать характер изменения параметров разных процессов по is-диаграмме. Основные термодинамические процессы водяного пара (v=const, p=const, t=const) представлены на is-диаграмме соответствующими кривыми. Адиабатный процесс (s=const) изображается прямой, параллельной оси ординат. Следует обратить особое внимание на разные закономерности изменения параметров состояния пара в термодинамических процессах в зависимости от состояния пара (насыщенный или перегретый). Так, в изотермическом процессе в области насыщенного пара энтальпия изменяется значительно, а в области перегретого пара, особенно вдали от линии х=1, процесс t=const приближается к i=const. Это свидетельствует о том, что свойства перегретого пара в этих областях приближаются к свойствам идеального газа.

29) Числом подобия называют безразмерный комплекс, составленный из величин, существенных для данного процесса. Конкретные числовые значения координаты, скорости, температуры, безразмерные числа в условиях (14.27) — (14.32) —все это числа подобия; вместе с тем координаты, скорость и температура в безразмерном виде, безразмерное давление (число Эйлера) одновременно являются безразмерными переменными (аргументами и функциями).

--

30) Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана, которая гласит, что количество теплоты, передаваемая конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела (t'ст)и окружающей среды (t'ж):Q = α · (t'ст - t'ж)·F , (10.1)илиq = α · (t'ст - t'ж) , (10.2)где: коэффициент теплоотдачи [Вт/(м2К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Факторы, которые влияют на процесс конвективного теплообмена, включают в этот коэффициент теплоотдачи. Тогда коэффициент теплоотдачи является функцией этих параметров и можно записать эту зависимость в виде следующего уравнения:α = f1(Х; Ф; lo; xc; yc; zc; wo; θ; λ; а; ср; ρ; ν; β) , (10.3)где: Х – характер движения среды (свободная, вынужденная);Ф – форма поверхности; lo – характерный размер поверхности (длина, высота, диаметр и т.д.), xc; yc; zc – координаты; wo – скорость среды (жидкость, газ); θ = (t'ст - t'ж) – температурный напор; λ – коэффициент теплопроводности среды; а – коэффициент температуропроводности среды; ср –изобарная удельная теплоемкость среды; ρ –плотность среды; ν – коэффициент кинематической вязкости среды; β – температурный коэффициент объемного расширения среды.

Уравнение показывает, что коэффициент теплоотдачи величина сложная и для её определения невозможно дать общую формулу. Поэтому для определения коэффициента теплоотдачи применяют экспериментальный метод исследования.

Достоинством экспериментального метода является: достоверность получаемых результатов; основное внимание можно сосредоточить на изучении величин, представляющих наибольший практический интерес.

Основным недостатком этого метода является, что результаты данного эксперимента не могут быть использованы, применительно к другому явлению, которое в деталях отличается от изученного. Поэтому выводы, сделанные на основании анализа результатов данного экспериментального исследования, не допускают распространения их на другие явления. Следовательно, при экспериментальном методе исследования каждый конкретный случай должен служить самостоятельным объектом изучения.