Анализ структуры показывает, что, как правило, всю область течения можно разделить на прилегающий к поверхности канала пограничный слой и внешний поток, который может рассматриваться как потенциальный.
Пограничный слой играет основную роль в процессах динамического и теплового взаимодействия потока с поверхностью омываемого им тела. Потери энергии определяются отрывными явлениями и вызванными ими вихреобразованиями. Поэтому необходимо создать такие условия течения, чтобы отрывные явления сводились к минимуму.
В работе [79] приведена математическая модель процессов теплоотдачи и трения в условиях безотрывного течения воздуха в каналах гелиоприемника. Авторы исходят из анализа дифференциальных уравнений ламинарного пограничного слоя [36]
Для учёта влияния градиента давления и трения на теплопередачу необходимо преобразовать уравнение закона сохранения массы
В этих формулах а — высота профилированного канала; b — ширина канала.
Учитывая, что канал может представлять собой диффузор- конфузор, и обозначив через γ — угол раскрытия канала, будем иметь
где Re — число Рейнольдса.
Приведённая система уравнений может быть использована для численного решения задачи теплообмена и трения в каналах теплообменника.
Как показывают исследования, в каналах гелиоприемников возможны три вида движения теплоносителя: безотрывное, предотрывное и отрывное [86, 87]. Поток может быть как ламинарным, так и турбулентным [88].
Для решения задачи пограничного слоя следует руководствоваться нижеприведенной методикой.
Примем следующие допущения: поток установившийся, жидкость несжимаемая, течение двухмерное без теплообмена. Существующие методы приближенного решения заданного пограничного слоя на профиле произвольной формы основываются на решении уравнения импульсов
Входящие в уравнение (2.86) интегральные толщины пограничного слоя определяются при известном профиле скорости по следующим соотношениям толщина вытеснения
(2.87)
толщина потери импульса
(2.88)
Так как в уравнении импульсов (2.86) входят три неизвестные — δ**, δ' и τ , то приближенные методы расчета сводятся к тому, чтобы прийти к уравнению с одним неизвестным путем выбора семейства профилей скоростей, зависящих от одного параметра. В качестве такого параметра предложена величина f, называемая формпараметром.
Идеи Л. Прандтля, К. Тейлора и А.К. Колмогорова о существовании внутренних масштабов турбулентности позволили создать полуэмпирические методы расчета пограничного слоя [89-92].
Заслуживает внимания метод расчета турбулентного пограничного слоя с исчезающей вязкостью [93]. Этот метод учитывает, что размеры вязкой области убывают быстрее, чем размеры всего пограничного слоя.
