Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса

• Автор: Душина, Ольга Андреевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Перечень основных условных обозначений
Введение
Глава 1. Проблема изучения структуры течения в каналах с элементами дискретной шероховатости в форме поперечных выступов при низких числах Рейнольдса
1.1. Интенсификация теплообмена в каналах с помощью элементов дискретной шероховатости
1.2. Структура потока в каналах с элементами дискретной шероховатости в форме поперечных выступов
Глава 2. Методика проведения исследований
и экспериментальное оборудование
2.1. Экспериментальная установка и рабочий участок
2.2. Методика проведения исследований
2.2.1. Метод Particle Image Velocimetry (PIV)
2.2.2. Обработка данных в методе PIV
2.2.3. Визуализация течения
2.2.4. Термоанемометрические измерения
Глава 3. Кинематическая структура потока
за поперечными выступами в канале в области ламинарно-турбулентного перехода
3.1. Результаты визуализации течения
3.2. Результаты исследования мгновенного векторного
поля скорости потока
Глава 4. Статистические характеристики течения
за выступами в канале на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода
4.1. Результаты термоанемометрических измерений
4.2. Результаты PIV измерений
Заключение
Список литературы

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Ыен число Рейнольдса, определенное по высоте канала и среднерасходной скорости на входе в канал;
Яеь число Рейнольдса, определенное по высоте выступа и
среднерасходной скорости в зазоре между выступом и стенкой канала; Ми число Нуссельта;
Рг число Прандтля;
БЬ число Струхаля;
Хц расстояние от выступа до точки присоединения, мм;
хг расстояние от выступа до области начала вихреобразования, мм;
/ частота, Гц;
и скорость, м/с;
V кинематический коэффициент вязкости, м2/с;
т время, с;
со завихренность, 1/с;
<...> осредненная по времени величина.
Индексы верхние и нижние
н высота канала;
ь высота препятствия;
гл гладкий канал;
к конвективная величина;
0 вход в канал;
1 зазор между выступом и стенкой канала;
г пульсационная величина.

ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития общества чрезвычайно актуальными становятся вопросы энерго- и ресурсосбережения. Внедрение в промышленность энергосберегающих технологий требует создания более эффективного и менее металлоемкого энергетического оборудования. В этих условиях совершенствованию процессов передачи теплоты уделяется особое внимание. Одним из путей создания экономичных теплообменных аппаратов и систем охлаждения является использование пристенной интенсификации теплообмена. Известно, что применение интенсификаторов наиболее эффективно при низких числах Рейнольдса, соответствующих ламинарному и переходному режимам течения теплоносителя (А.И.Леонтьев, Г.А.Дрейцер,
Э.К.Калинин, В.И.Терехов, В.В.Олимпиев, Ю.Ф.Гортышов, Ю.Г.Назмеев и др.). На этих режимах наибольшее увеличение коэффициента теплоотдачи при меньшем приросте гидравлического сопротивления канала (затрат на прокачку теплоносителя) позволяют обеспечить элементы дискретной шероховатости в форме поперечных выступов (А.И.Леонтьев, Ю.Г.Назмеев, Ю.Ф.Гортышов, В.В.Олимпиев, И.А.Попов и др.).
Имеющиеся данные о структуре потока за поперечными выступами в каналах на ламинарном и переходном режимах течения являются неполными и не носят систематического характера. Практически отсутствуют сведения о влиянии формы выступа на границы ламинарно-турбулентного перехода и характеристики потока в канале на переходных режимах. Нет информации о динамике вихревой структуры течения на различных этапах ламинарнотурбулентного перехода при отрыве потока за выступами различной формы, не выявлены основные закономерности распределения статистических характеристик гидродинамических параметров течения в отрывной области. Достоверные данные о структуре потока при обтекании поперечных выступов различной формы в каналах позволят выявить особенности механизмов интенсификации теплообмена в рассматриваемых условиях,

Линии тока над траншеей остаются практически параллельными и лишь немного искривлены непосредственно перед выступом. Для обтекания элементов шероховатости &-типа характерно формирование четырех отрывных областей. Небольшая отрывная область формируется над выступом в результате отрыва потока от его острой передней кромки. Самая крупная отрывная область формируется за выступом. С подветренной стороны выступа образуется угловой вихрь. Течение присоединяется к стенке траншеи и повторно отрывается перед следующим по потоку выступом, в результате чего с наветренной стороны последнего формируется небольшой угловой вихрь. Линии тока в данном случае параллельны вдали от выступа и искривляются в нижней части канала. Указано, что в рассматриваемых условиях длина отрывной области равняется четырем высотам выступа, что в точности соответствует границе между шероховатостью с1- и к-типа. Такое же значение продольного размера отрывной области было получено в работе [112], где исследовалось турбулентное сдвиговое течение и теплообмен в потоке на плоской пластине с поперечными выступами. Авторы отмечают, что в случае, когда выступы расположены близко друг к другу (й//г=2 - рис. 1.12,а), в зазоре между ними образуется небольшой устойчивый вихрь. При увеличении расстояния до //72=5 (рис. 1.12,б) в зазоре формируется более крупный вихрь, занимающий все пространство между выступами. И, наконец, при наибольшем шаге из рассмотренных (//7г=9 - рис. 1.12,в) поток присоединяется к нижней стенке траншеи между выступами приблизительно на расстоянии 4/г от задней кромки выступа.
В работе [121], посвященной экспериментальному исследованию турбулентного обтекания элементов дискретной шероховатости в виде поперечных выступов квадратного поперечного сечения со стороной 10 мм, расположенных на противоположных стенках прямоугольного канала с относительным шагом //72=7, установлено, что продольный размер отрывной области за выступом составляет 5/г.