Поступающий в пограничный слой охладитель может вступать в многочисленные химические реакции с компонентами набегающего потока. Это усложняет расчет пограничного слоя, требует обязательного учета многокомпонентности смеси, различия в коэффициентах диффузии, а также в других переносных свойствах отдельных ее составляющих. Тем не менее многочисленные расчетные и экспериментальные исследования позволили установить ряд простых закономерностей, связывающих интенсивность теплообмена с расходом охладителя. Вдуваемый газ, проникая в пограничный слой, нагревается от температуры поверхности до некоторой температуры, близкой к температуре газа в набегающем потоке. Если вдуваемый газ и набегающий поток имеют один и тот же состав, то по аналогии с прогревом твердых веществ можно предположить, что поглощение тепла за счет вдува будет описываться следующим выражением.
Параметр у, обычно называемый коэффициентом вдува, характеризует способность охладителя снижать тепловой поток к поверхности. Степень нагрева газообразного охладителя в пограничном слое существенно связана с режимом течения основного потока, характером перемешивания основного потока и охладителя, физическими свойствами охладителя и набегающего газа и т. д. В результате у отличен от 1. Некоторые чисто качественные соображения указывают на то, что с помощью приведенной линейной формулы можно также учитывать и различие физических свойств охладителя и набегающего газового потока. Действительно, на интенсивность теплообмена на непроницаемой поверхности влияют следующие физические параметры газа: теплоемкость теплопроводность, плотность, коэффициент диффузии и вязкость. Согласно молекулярно-кинетической теории у идеальных газов при постоянных давлении ре и температуре все упомянутые характеристики представляют собой функции одной физической величины — молекулярной массы.
При этом коэффициенты теплопроводности, диффузии и вязкости зависят также от эффективного диаметра столкновений, а теплоемкость — от числа степеней свободы молекулы (при условии, что число атомов в молекулах набегающего и вдуваемого газов одинаково). Поскольку все указанные свойства газов являются функцией молекулярной массы, то можно предположить, что в рассматриваемой постановке задачи влияние природы вдуваемого газа на теплообмен можно выразить через отношение молекулярных масс вдуваемого и набегающего газов. Несмотря на некоторую упрощенность такого подхода, большинство экспериментальных и расчетных работ говорит о предпочтительности использования молекулярной массы в качестве параметра, характеризующего индивидуальные свойства вдуваемого и набегающего газов, по сравнению со всеми другими возможными параметрами. Анализ имеющихся расчетных работ показывает, что ни одной из следующих величин нельзя приписывать определяющую роль во влиянии на теплообмен при вдуве различных газов. Все указанные факторы при анализе эффективности вдува учитываются коэффициентом. Эти же расчеты показывают, что параметр вдува у не зависит ни от температурного фактора, ни от скорости обтекания или давления торможения.
11 июля 2012
