¿Cuál es la diferencia entre la capa límite hidrodinámica y la térmica?

Arriba representan la formación de capas límite.

La capa límite hidráulica se forma debido al efecto de viscosidad del fluido.

El fluido menos viscoso tendrá una capa límite hidráulica muy pequeña y el fluido altamente viscoso formará una capa límite muy gruesa

El grosor (Altura) de la capa límite hidráulica viene dado por

[matemáticas] \ delta_h = \ frac {4.96x} {\ sqrt {Re_x}} [/ matemáticas]

Donde [math] x [/ math] representa la distancia desde el borde de ataque y [math] Re_x [/ math] representa el número de Reynolds en ese punto.

La capa límite hidráulica es una curva imaginaria que es el lugar geométrico de todos los puntos donde la velocidad del fluido afectado por el efecto de viscosidad es aproximadamente [matemática] 99 \% [/ matemática] de la velocidad de flujo libre ( [matemática] U _ {\ \ infty} [/ math] ).

Aquí [matemáticas] T_s> T _ {\ infty} [/ matemáticas]

La capa límite térmica se forma debido a la resistencia térmica del fluido.

El fluido altamente conductor creará una capa límite térmica muy pequeña. Menos fluido conductor formará una capa límite muy grande.

La capa límite térmica es la curva imaginaria formada al recoger todos los puntos donde la diferencia de temperatura entre el fluido de vapor libre ( [math] T _ {\ infty} [/ math] ) y la superficie ( [math] T_s [/ math] ) es aproximadamente [ matemáticas] 1 \%. [/ matemáticas]

Podemos conectar ambos espesores por un número no dimensional llamado número de Prandtl.

[matemáticas] Prandtl \; número = Pr = \ frac {\ nu} {\ alpha} [/ matemáticas]

Aquí podemos comparar el grosor de la capa límite conociendo los parámetros [math] \ nu [/ math] y [math] \ alpha [/ math]

[math] \ nu [/ math] es la viscosidad cinemática y [math] \ alpha [/ math] es la difusividad térmica del fluido. Más la resistencia ofrecida por el fluido, más será la capa límite.

Regla 1/3

[matemáticas] \ frac {\ delta_h} {\ delta_t} = Pr ^ {\ frac 1 3}. [/ matemáticas]

para aire, el número de Prandtl es alrededor de [matemáticas] 0.77 [/ matemáticas] a [matemáticas] 1.2 [/ matemáticas] para un rango de temperatura razonable. Por lo tanto, el grosor de las dos capas límite será casi el mismo.

La imagen está hecha en MS Visio 2016.

Para un dominio de flujo, la capa límite es la región cercana al muro donde los efectos del muro son significativos. La capa límite hidrodinámica se refiere a la región cercana a la pared en la que la viscosidad afecta la velocidad del fluido. Del mismo modo, la capa límite térmica se refiere a la región donde la temperatura de la pared afecta la temperatura del fluido. Fuera de la capa límite, los efectos de la pared son insignificantes y prevalecen las condiciones de flujo libre. Así, dentro de la capa límite hidrodinámica, la velocidad del fluido varía desde cero en la pared hasta la corriente libre en el borde de la capa límite. Dentro de la capa límite térmica, la temperatura del fluido varía de la temperatura de la pared a la corriente libre en el borde de la capa límite.

¡El enlace entre los dos es el número de Prandtl!

Para Pr = 1, el grosor de la velocidad y las capas límite térmicas son iguales.

La capa límite hidrodinámica es la capa definida por la velocidad instantánea de partículas de fluido en un flujo de fluido donde

La capa límite térmica es la capa definida como el perfil de temperatura de los fluidos en movimiento en diferentes etapas de un flujo de fluido.

Generalmente, ambos son distintos y tienen un perfil diferente para el mismo flujo de fluido

Capa hidrodinámica: la capa límite hidrodinámica es una región de flujo de fluido, cerca de una superficie sólida, donde los patrones de flujo están directamente influenciados por el arrastre viscoso de la pared de la superficie.

Capa límite térmica: la capa límite térmica es una región de flujo de fluido, cerca de una superficie sólida, donde las temperaturas del fluido están directamente influenciadas por el calentamiento o el enfriamiento de la pared de la superficie.

Se puede esperar que las dos capas límite tengan características similares, pero normalmente no coinciden

Los metales líquidos tienden a conducir el calor desde la pared fácilmente y los cambios de temperatura se observan bien fuera de la capa límite dinámica. Otros materiales tienden a mostrar cambios de velocidad fuera de la capa térmica.

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Se trata de gradientes de temperatura y su energía colectiva. Cuanto más ligero es el gradiente de temperatura, más estable es la masa de agua. Cuanto mayor es el gradiente de temperatura, más inestable es la masa de agua. Coloque una olla de agua en la estufa y seleccione la temperatura alta. Al principio, la masa de agua es estable, por lo que los gradientes de temperatura están bien definidos como una pila de panqueques. A medida que aumenta la temperatura o la entropía, eventualmente alcanzará una ebullición rodante, creando capas límite hidrodinámicas enrevesadas.

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