Влияние структурно-гидродинамических факторов на интенсификацию теплообмена в газовых струйных потоках

• Автор: Жилкин, Борис Прокопьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 330 с. : ил

РЕФЕРАТ
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, содержащего 224 наименования. Она изложена на 330 страницах компьютерного набора в программе Word 97 и снабжена по тексту 183 рисунками и 7 таблицами.

Ключевые слова: ГАЗ, ГИДРОДИНАМИКА, ЗАВИХРИТЕЛЬ,

ИМПАКТНАЯ СТРУЯ, ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА, КОГЕРЕНТНАЯ СТРУКТУРА, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, МОДЕЛЬ СТРУИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ОВАЛ КАССИНИ, ПАРАМЕТР КРУТКИ, ПОВЕРХНОСТЬ, ПРОФИЛИРОВАНИЕ КАНАЛА, ТЕПЛОООБМЕН, ТУРБУЛЕНТНОСТЬ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.
Объектами исследования являлись: импактные струи и их системы, включая газоструйную подушку; пристенные струи, свободно-конвективные струи и струи, взаимодействующие с поперечным потоком.
Цель работы - разработка и исследование способов интенсификации теплообмена в газовых потоках путем формирования в них турбулентных структур, определяющих теплоперенос и способствующих его усилению.
Для идентификации гидродинамических структурных образований использовались теневые методы и методика, основанная на инерционном осаждении частиц пыли из воздуха на поверхность. С целью повышения информативности теплерограмм применены методы эквиденсит и зонального разложения изображения. Разработан способ регенерации (трансформации) теневого снимка. Для выявления роли турбулентных структур в механизме теплообмена изучались поля температуры и вектора скорости в потоке, проводился статистический анализ пульсаций скорости, температуры среды в зоне этих образований, а также определялось распределение локального коэффициента теплоотдачи.
Путем экспериментальных исследований уточнено внутреннее гидродинамическое строение указанных струйных течений. Показана

существенная роль когерентных (упорядоченных) турбулентных структур в теплообмене.

Построены физические и математические модели, позволившие объяснить ряд закономерностей локального и среднего теплообмена в струйных потоках, а также определить способы интенсификации в них теплопереноса.
На основе экспериментальных данных создана аппроксимационная модель термического (концентрационного) строения высокотемпературной закрученной струи в сносящем потоке с использованием модифицированного овала Кассини.
Предложены модифицированные параметры для описания крутки потока.
Разработан метод количественной оценки интенсивности теплообмена при смешении струи с потоком.
Установлено, что путем соответствующей организации течения, направленной на изменение структурно-гидродинамических факторов теплопереноса, можно значительно улучшить теплообмен.
Результаты проведенных исследований углубляют представление о механизме теплообмена газовых струйных потоков с поверхностью твердого тела.
Разработан и опробован метод аэродинамического управления круткой струи, образованной аксиальным завихрителем.
Даны примеры практического использования результатов диссертационной работы в энергетике.
Предложенные методы организации течения позволили существенно интенсифицировать теплообмен в газовых струях при снижении затрат на прокачку теплоносителя, что открывает перспективу реализации технологических процессов с более высоким уровнем теплопереноса и тем самым способствует дальнейшему развитию энергетических технологий.

СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ УСИЛЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ В ИМПАКТНЫХ СТРУЯХ
1.1. Структурно-гидродинамические факторы теплоотдачи в осесимметричной струе
1.2. Влияние закрутки импактной струи на гидродинамику и теплообмен с преградой
1.3. Воздействие на течение и теплоотдачу путем изменения формы поперечного сечения струеобразующего канала
2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕН В СИСТЕМАХ ИМПАКТНЫХ СТРУЙ
2.1. Методики исследований и экспериментальные установки
2.2. Гидромеханика взаимодействия и теплообмен при объединении импактных струй в комплексы
2.3. Особенности процессов переноса при движении пластин на газоструйной подушке
3. СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ТЕПЛООТДАЧА В ПРИСТЕННЫХ СТРУЯХ 13
3.1. Методы исследования и средства измерений
3.2. Гидродинамические факторы теплообмена в пристенном струйном потоке
3.3. Влияние акустического воздействия на гидродинамику и теплоотдачу в пристенных струях
4. ПОВЫШЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СВОБОДНО-КОНВЕКТИВНОЙ СТРУИ

Рис. 1.5. Теплерограмма (вид сверху) импактной газовой струи: <1=12 мм; я*=6; у=5 м/с; 1=22°С; экспозиция - 1/125 с.
Рис. 1.6. Теплерограмма (вид сверху) импактной газовой струи: <1=12 мм; г*=2;
V/ = 5 м/с; 1=22°С; экспозиция - 1/125 с.
При этом на преграде, вероятно, возникает сложное динамическое поле давления. Поскольку в опытах струя была изотермической выявить этот эффект можно по изменению плотности среды. Вместе с тем в классическом теневом методе оптический эффект - почернение фотоэмульсии выражает в линейном