6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ T ÀI
3.1.3.Chế độ chuyển động của chất lỏng
Tính chất chuyển động của dòng có ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình trao đổi
và chuyển động rối (hay còn gọi là chảy tầng và chảy rối). Khi chuyển động chảy tầng,
tất cả các phân tử của chất lỏng chuyển động song song với vách ống, còn khi chuyển động rối, các phân tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn. Tốc độ trung bình của dòng chất
lỏng đạt đến một trị số nào đó thì sẽ chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ chảy rối,
tốc độ ấy gọi là tốc độ tới hạn.
Tốc độ tới hạn không phải là một hằng số mà thay đổi tùy theo loại chất lỏng và
điều kiện hình học của rãnh.
Hình 3.2a Sự hình thành lớp Hình 3.2b Sự hình thành lớp biên nhiệt biên thủy động
* Định nghĩa lớp biên thủy động.
Chúng ta xét trường hợp dòng chất lỏng chảy dọc một vách, ở cách xa vách tốc độ dòng không thay đổi và bằng 0, nhưng ở gần vách do tính nhớt của chất lỏng nên có một lớp mỏng chất lỏng bị hãm lại. Trong lớp đó tốc độ thay đổi từ 0 trên bề mặt vách đến tộc độ 0của dòng; lớp chất lỏng ấy gọi là lớp biên thủy động.
Khái niệm về lớp biên thủy động do Prandtl phát hiện năm 1904. Khái niệm này
đối với lý luận lưu động và truyền nhiệt vô cùng quan trọng. Bên ngoài lớp biên theo
qua. Căn cứ sự phân tích như vậy, môi trường chất lỏng bất kỳ nào cũng có thể phân
làm hai bộ phận: lớp biên, ở đây tính nhớt của chất lỏng phát huy tác dụng 0 y x ; bộ
phận dòng chảy bên ngoài lớp biên, ở đây có thể xem chất lỏng chuyển động không có
tính nhớt (chất lỏng lý tưởng). 0 ; 0 x x y (3.5)
Khái niệm về chiều dày của lớp biên chỉ là qui ước vì chuyển động từ lớp biên ra ngoài không có một giới hạn rõ rệt (theo quy ước trong lớp biên tốc độ bé hơn
0
0,99 ). Lớp biên có chiều dày tương đối mỏng là lớp biên chảy tầng, nhưng khi chiều
dày của lớp biên vượt quá một giới hạn nhất định thì sẽ hình thành lớp biên chảy rối, nhưng trong lớp biên chảy rối ở sát vách vẫn có một lớp mỏng chảy tầng gọi là đệm
tầng. Chiều dày của nó do tốc độ quyết định, tốc độ càng lớn chiều dày càng mỏng. Tương tự về lớp biên thủy động, Cruzilin đã đưa ra khái niệm về lớp biên nhiệt. Trong
lớp biên nhiệt, nhiệt độ chất lỏng biến thiên từ giá trị nhiệt độ bằng nhiệt độ vách đến
nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường chất lỏng xung quanh. Vùng trong lớp biên nhiệt có điều kiện 0
y t
và vùng ngoài lớp biên nhiệt có 0;t t0 y
t
(3.6)
Tất cả sự biến thiên nhiệt độ hầu như chỉ xảy ra trong lớp mỏng sát bên bề mặt
vật. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy, lớp biên nhiệt cũng chia dòng chất lỏng làm hai vùng, bên trong lớp
biên nhiệt chất lỏng chuyển động có trao đổi nhiệt, còn bên ngoài lớp biên nhiệt chất
lỏng chuyển động đẳng nhiệt.
Nói chung chiều dày của lớp biên nhiệt tkhác lớp biên thủy động . Tỷ số độ
dày của lớp biên thủy động
t
liên quan đến trị số Pr và có thể dùng công thức gần đúng sau đây để xác định 3 1 r t P (3.7)
Do đó chỉ khi Pr 1 thì chiều dày của hai lớp biên ấy mới bằng nhau. Nhưng về