Взаимосвязь гидродинамических и тепловых параметров и процессы переноса в турбулентных отрывных течениях

• Автор: Молочников, Валерий Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05, 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 276 с. : ил

1.1. Теоретические подходы к моделированию процессов переноса в турбулентных отрывных течениях.
1.2. Современные представления о гидродинамических и тепловых процессах в турбулентных отрывных течениях, основанные на экспериментальной информации

1.3. Когерентные структуры в турбулентных отрывных течениях

1.4. Методы исследования гидродинамических и тепловых процессов в турбулентных отрывных течениях

Глава 2. Экспериментальное оборудование, средства измерений и

методы исследования

2.1. Экспериментальное оборудование

2.2. Средства измерения

2.3. Комбинированный измеритель мгновенных локальных параметров течения и теплообмена

2.3.1. Устройство и принцип действия датчика

2.3.2. Динамические характеристики измерительных каналов

2.3.3. Тестовые испытания датчика.
2.3.4. Комбинированный измеритель поверхностного трения и теплового потока в стенку в однонаправленных потоках
2.4. Объекты исследования
2.5. Методы исследований
2.6. Метод проектирования поверхностей с предогрывным
состоянием пограничного слоя
2.6.1. Метод решения обратной задачи пограничного слоя с заданным поверхностным трением.
2.5.2. Проектирование диффузоров с предотрывным состоянием пограничного слоя.
Глава 3. Статистические характеристики тепловых и
гидродинамических параметров течения
3.1. Осредненные и пульсационные характеристики поверхностного трения, теплового потока в стенку и давления на стенке.
3.2. Характеристики распределения вероятностей поверхностного трения и теплового потока в
стенку.
Глава 4. Процессы переноса гидродинамических и тепловых
параметров в турбулентных отрывных течениях.
4.1. Перенос пульсаций гидродинамических и тепловых параметров в турбулентном пограничном слое и в пристенной области течения с крупномасштабными вихревыми структурами.
4.2. Перенос пульсаций гидродинамических и тепловых параметров в турбулентном отрывном течении.
Глава б.Взаимосвязь гидродинамических и тепловых параметров в
турбулентных отрывных течениях.
5.1. Взаимосвязь гидродинамических и тепловых параметров в турбулентном пограничном слое и в пристенной области течения с крупномасштабными вихревыми структурами
5.2. Взаимосвязь гидродинамических и тепловых параметров в турбулентных отрывных течениях
Заключение
Литература


Положения точек ТО и Б точка отрыва потока, определенная по условию равенства нулю напряжения трения на стенке могут и не совпадать, хотя они находятся близко друг к другу. Понятие параметра перемежаемости ур или вероятности обратного течения у широко используется при анализе характеристик отрывных течений. В то же время, предложенные Симпсоном характерные точки ГО, 1ТО и ТО не получили должного распространения при определении состояния пограничного слоя при отрыве, поскольку на сегодняшний день не объяснена количественная взаимосвязь положения этих точек с физическими процессами, происходящими при отрыве потока. В турбулентных отрывных течениях, относящихся к первой группе отрыв потока на гладкой поверхности под действием положительного градиента давления существенную роль в процессах переноса играют крупномасштабные вихревые структуры отделяющегося от стенки пограничного слоя, динамика которых в основном и определяет характеристики течения в области отрыва потока см. Эти структуры движутся в направлении внешнего потока и отличаются от вихрей возвратного течения 3. Большая часть жидкости, участвующая в возвратном течении вблизи стенки, привносится крупными вихрями из внешней области. Этот факт подтверждается результатами визуализации течения 3 и тем обстоятельством, что в экспериментах для режима течения с обширной областью отрыва потока вероятность
обратного течения у нигде не принимает значения у 1,0 , 3, 5. Импульсы прямого течения, наблюдаемые в отрывной области, могут быть вызваны как непосредственным воздействием крупных вихрей, так и мгновенными градиентами давления, возникающими вблизи стенки при их движении. Однако на сегодняшний день нет достоверных экспериментальных данных, на основании которых можно было бы судить о трактах и скорости движения этих вихрей и о механизме их взаимодействия со стенкой. Отрывные течения первой группы наиболее сложны для изучения. Турбулентный отрыв потока за обращенным назад уступом является классическим примером такого течения. Здесь имеется, как правило, только одна рециркуляционная область, линии тока вблизи точки отрыва параллельны стенке. Тем не менее, течение за обратным уступом сохраняет все черты отрывных течений, относящихся к этой группе, и на его примере можно проанализировать структуру и основные закономерности процессов переноса импульса и теплоты. По этой причине отрыв потока за обратным уступом чаще всего используется в качестве тестовой задачи в теоретических и экспериментальных
исследованиях. Первая попытка систематизации результатов экспериментального изучения течения за обратным уступом выполнена в работе 6. Подробный анализ данных, полученных к году, изложен в обзоре . Предложенная в 6 схема течения рис. Рис. Толщина оторвавшегося сдвигового слоя с удалением от кромки уступа увеличивается. При этом возрастает интенсивность пульсаций скорости и значения максимумов напряжений Рейнольдса. В слое смешения наблюдается максимум касательных и нормальных напряжений. Положение этих максимумов совпадает с разделяющей линией тока рис. По мнению многих исследователей, слой смешения является источником возникновения крупномасштабных вихревых структур, размер которых увеличивается по мере приближения к зоне присоединения . Взаимодействием этих вихрей со стенкой во многом определяется характер течения в зоне присоединения. В этой зоне наблюдается высокий уровень пульсаций всех гидродинамических параметров давления , 8, 3, 7, скорости, касательных напряжений Рейнольдса , , , напряжения трения на стенке , , 0, 3. Под средней точкой присоединения принято понимать точку, в которой осредненное значение продольной компоненты поверхностного трения равно нулю. Положение этой точки относительно кромки уступа зависит от многих факторов степени турбулентности внешнего течения, толщины пограничного слоя перед отрывом, степени расширения канала, величины и знака наложенного продольного градиента давления и др. Как уже упоминалось, мгновенная точка присоединения совершает колебания относительно среднего положения , . Амплитуда этих колебаний составляет приблизительно две высоты уступа .