12.3  VYHODNOCENÍ ZÁZNAMŮ TEPELNÝCH MEZNÍCH VRSTEV ZÍSKANÝCH CLONKOVOU METODOU

Ze záznamů tepelných mezních vrstev při laminárním proudění pořízených clonkovou metodou lze efektivně určovat derivace teplot u povrchu (dT/dy)_w dle souřadnice kolmé k povrchu, ze které se dále počítá lokální součinitel přestupu tepla, viz rovnice (11-15) v kap. 11.4. Pomocí této metody je však možné též určit tloušťku tepelné mezní vrstvy d, jelikož na hranici mezní vrstvy je derivace teplot či indexu lomu dle souřadnice prakticky nulová. Z tloušťky tepelné mezní vrstvy lze stejně jako v kap. 11.4 určit součinitel přestupu tepla. Ze součinitele přestupu tepla můžeme pak pomocí Newtonova vztahu - rovnice (11-14) v kap. 11.4 vypočíst hustotu tepelného toku.

Stanovení součinitele přestupu tepla z tloušťky tepelné mezní vrstvy

Stanovení součinitel přestupu tepla z tloušťky tepelné mezní vrstvy bylo již uvedeno v kap. 11.4. V rovnicích (11-16) až (11-23) je odvozena derivace teploty v tekutině dle souřadnice kolmé k povrchu v místě povrchu (dT/dy)_w jako funkce tloušťky tepelné mezní vrstvy a z rovnice (11-24) lze pak vypočíst součinitel přestupu tepla v závislosti na tloušťce tepelné mezní vrstvy d. Je však třeba poznamenat, že tento postup není příliš přesný, jelikož u clonkové metody stejně jako u stínové metody, viz kap. 11.4, není jednoduché stanovit místa hranic tepelné mezní vrstvy. Podrobněji je problematika určování tloušťky tepelné mezní vrstvy rozebrána v kap. 18.13, která se zabývá výpočtem přestupu tepla z tlouštěk tepelných mezních vrstev určených z interferogramů, kde je možné tloušťku tepelné mezní vrstvy stanovit velmi přesně, a to dle požadavků vyplývajících z definic tlouštěk tepelných mezních vrstev.

Stanovení součinitele přestupu tepla z derivace indexu lomu dle souřadnice u povrchu

Přesnější způsob měření a vyhodnocení přestupu tepla ze záznamů tepelných mezních vrstev clonkovou metodou vyžaduje měření derivace indexu lomu dle souřadnice kolmé k povrchu. Při tomto způsobu měření musíme umístit určitou hranu clony v ohniskové rovině tak, aby ovlivňovala právě obraz v blízkosti povrchu. Hodnotu derivace (dn/dy)_w si vyjádříme pro parametry u teplosměnného povrchu z rovnice (12-3) a dostaneme

kde y_fw je poloha hrany clony v ohniskové rovině, která právě cloní paprsky šířící se od povrchu, n_w je index lomu u povrchu, L je délka objektu ve směru šíření světelných paprsků a f je ohnisková vzdálenost zobrazovací čočky. Po dosazení vztahu (12-4) a rovnice (2-16) pro derivaci teploty dle indexu lomu pro vzduch ve stavu u povrchu (viz kap. 2.9), a to do rovnice (11-25) z kap. 11.4, dostaneme

V této rovnici představuje n_w index lomu vzduchu při teplotě teplosměnného povrchu T_w, který lze vypočíst ze vztahu (11-28), viz kap. 11.4 a p je tlak v daném prostředí, přičemž platí p = p_w.

Dosadíme-li rovnici (12-5) do definice součinitele přestupu tepla (11-15), uvedené v kap. 11.4, dostaneme součinitel přestupu tepla ve tvaru

kde l_T je tepelná vodivost vzduchu pro teplotu T_w a T_oo je teplota okolního vzduchu. Vztahy (12-5) a (12-6) platí pro tepelné mezní vrstvy ve vzduchu. Při aplikaci clonkové metody na tepelné mezní vrstvy v jiných tekutinách musíme použít jiné vztahy pro index lomu a vztahy pro derivaci indexu lomu dle teploty. Tyto vztahy najdeme např. v kap. 2.9.

Pozn.:  Výpočet součinitele přestupu tepla z derivace indexu lomu u povrchu je možné provádět přesněji z interferometrických měření, viz kap. 18.11, kde se však derivace indexu lomu dle souřadnice kolmé k povrchu určuje z vyhodnoceného profilu indexu lomu a nikoliv z relativně málo přesně stanovené polohy hrany clony v ohniskové rovině, jak je tomu při výzkumu tepelných mezních vrstev pomocí clonkové metody.