Гидродинамические и тепловые процессы в пульсирующих турбулентных потоках

• Автор: Давлетшин, Ирек Абдуллович
• Шифр специальности: 01.02.05, 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 300 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение .

Основные обозначения .

Глава 1. Проблема прогнозирования гидродинамических и тепловых параметров турбулентных течений в условиях наложенной нестационарности
1.1. Современные подходы к прогнозированию гидродинамических и тепловых параметров нестационарных турбулентных
течений .

1.2. Проблема прогнозирования характеристик в турбулентных

отрывных течениях.

1.3. Моделирование турбулентных нестационарных течений

1.4. Проблема измерения гидродинамических и тепловых

параметров в турбулентных нестационарных течениях .

Глава 2. Методы исследования и постановка эксперимента
2.1. Экспериментальное оборудование .
2.2. Средства измерений .
2.3. Метод моделирования пульсирующих потоков в каналах
2.4. Метод измерения неравномерного теплового потока на стенке
2.5. Метод оценки модуля поверхностного трения в турбулентном
отрывном течении
2.6. Метрологическое обеспечение измерений .
Глава 3. Гидродинамические параметры турбулентного течения в
трубе при наложенных пульсациях расхода .
3.1. Пространственновременная структура течения .
3.2. Резонансные явления
3.3. Гидравлическое сопротивление канала в нестационарных
условиях
Глава 4. Турбулентный отрыв потока при наложенных пульсациях
скорости .
4.1. Отрыв потока в каналах с местными сопротивлениями
4.2. Влияние наложенной нестационарности на турбулентный
отрыв потока на безрезонансных режимах
4.3. Пространственновременная структура отрывного
пульсирующего течения
Глава 5. Теплообмен в условиях гидродинамической нестационарности
5.1. Теплообмен в канале при наложенной нестационарности
5.2. Распределение осредненного коэффициента теплоотдачи в
отрывной области .
5.3. Мгновенные локальные величины теплового потока в
отрывном течении .
5.4. Взаимосвязь гидродинамических и тепловых параметров
Заключение .
Литература


Выявлению особенностей влияния гидродинамической нестационарности на тепловые процессы начиная с середины прошлого века посвящено большое количество экспериментальных и расчетных работ [, , -, 1, 4, 6, 6, 9 и др. Исследованиями не выявлено однозначной зависимости средней величины теплоотдачи от наложенных пульсаций. При этом различными авторами отмечается, что пульсации с относительно низкими амплитудами скорости (р<0, -5“ 1,0) вовсе не влияют на среднюю по периоду теплоотдачу. В некоторых работах [, ] выявлено увеличение теплоотдачи в пульсирующем потоке по сравнению со стационарным. Однако существуют данные и по уменьшению коэффициента теплоотдачи N в пульсирующем потоке [6]. Отмечено, что происходит это в областях перехода от ламинарного режима к турбулентному []. Рис. Гц (а) и 0 Гц (б). Экспериментальными измерениями установлена зависимость распределения осредненного по времени коэффициента теплоотдачи от волновой структуры течения по длине канала [1. Пучностям колебаний скорости соответствуют максимумы теплоотдачи (рис. Увеличение амплитуды наложенных колебаний в целом приводит к росту теплоотдачи за исключением сечений вблизи узлов. Гораздо меньше экспериментальных данных по мгновенным значениям (пульсационным характеристикам) тепловых потоков. Существующие данные показывают, что относительные амплитуды колебаний тепловых параметров (температур стенки, жидкости, плотности теплового потока на стенке) значительно меньше амплитуд колебаний гидродинамических величин [6]. В большинстве случаев в потоках тепловая и гидродинамическая нестационарное™ являются различными сторонами в целом нестационарного процесса. На практике в общем случае изменения во времени гидродинамических параметров течения сопровождаются изменениями тепловых параметров (температур, тепловых потоков). Точно так же тепловая нестационарное™ может приводить к гидродинамической -изменениям давления, скорости (в силу изменения теплофизических свойств среды) вплоть до фазовых переходов. В то же время в гидродинамически стационарных течениях можно наблюдать переменные во времени тепловые процессы, например, нагрев или охлаждение тела стационарным потоком. Количество работ по исследованию влияния «в чистом виде» тепловой нестационарности на параметры течения в настоящее время относительно невелико. Гораздо больше работ, где рассматриваются различные процессы, сопровождающиеся нестационариостыо полей температур или тепловых потоков. Или процессы горения и теплообмена в различных двигателях [0, 2]. Также тепловой нестационарностью характеризуется работа регенеративных теплообменников [5]. В целом, существующие на сегодняшний день экспериментальные и расчетные данные по течениям с тепловой нестационарностью носят узкий частный характер [9, , , 3, 8,1, 1] и не позволяют получать широкие обобщения в этой области. Так же как и в случае гидродинамической нестационарности тепловая нестационарность по какому-либо параметру сопровождается изменениями других параметров как тепловых, так и гидродинамических. Понимание механизмов и закономерностей тепловых процессов в сложных течениях возможно на основе информации о тепловой структуре (температурных полях) потоков. Одна из немногочисленных работ [8] в этой области посвящена исследованию температурного поля в потоке воды при скачкообразном изменении во времени плотности теплового потока на стенке канала. Развитие температурного поля на ламинарном режиме течения предлагается делить на три стадии: на первой стадии при ступенчатом изменении теплового потока теплоотдача происходит только путем теплопроводности продолжительность этого периода ~x/U (,х - расстояние от начала обогрева; U - среднерасходная скорость); промежуточная стадия связана с перестройкой температуры из-за прихода жидкости от начала обогрева; на третьей стадии устанавливается конвективный стационарный режим, и профили температуры не зависят от времени. Перед установлением стационарного режима наблюдается всплеск температуры. При турбулентном режиме течения на осциллограммах температуры вблизи стенки [8] наблюдаются низкотемпературные всплески, вызванные проникновением холодных молей жидкости из внешних слоев потока.