Теоретическое исследование и расчет турбулентного пограничного слоя на проницаемой поверхности при вдуве

• Автор: Лоуренс, Эммануэль Ансонг
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 c. : ил

Введение

Глава I. Современное состояние теории и эксперимента

в исследовании турблентного течения со вдувом

.. Краткий обзор экспериментальных и аналитических результатов .

1.2. Методы решения уравнений турбулентного течения в пограничном слое .

1.3. Расчет турбулентного пограничного слоя на

основе модельных уравнений

.З.. Алгебраический способ замыкания системы

уравнения для турбулентного пограничного слоя

1.4. Модели турбулентного течения в пограничном

слое на основе дифференциальных уравнений переноса пульсационных характеристик

1.5. Модели с использованием двух дополнительных
уравнений переноса турбулентных характеристик.
1.6. Модели высшего порядка .
Глава П. Система дифференциальных уравнений для моде
лирования турбулентного течения в пограничном слое и методика расчета турбулентного пограничного слоя
2.2.
2.4.
2.6.
2.8.
2 2
2 2 2
3
Вывод модельных уравнений
Граничные условия и выбор расчетной системы координат
Преобразование уравнений к новым независимым переменным .
Преобразование уравнения количества движения
Преобразование уравнения переноса турбулентной кинетической энергии
Преобразование уравнения переноса турбулентных касательных напряжений .
Преобразование уравнения для функции диссипации
Вывод конечноразностных уравнений и их решение
Определение скорости перетекания и функции тока на границе пограничного слоя
Распределение узловых точек в пограничном слое
Начальные профили характеристик турбулентного течения .
Определение местного коэффициента трения
Порядок расчета .
Использование однопараметрической расчетной модели
Вычислительная программа.
Глава Ш. Результаты расчета турбулентного пограничного
слоя на проницаемой пластине при вдуве .
3.1. Результаты расчета однопараметрической модели
3.2. Результаты расчета многопараметрической модели
3.2.1. Профили скорости
3.2.2. Турбулентные касательные напряжения .
3.2.3. Полные касательные напряжения ИЗ
3.2.4. . Кинетическая энергия турбулентных пульсаций
3.2.5. Диссипация турбулентной энергии .
3.2.6. Баланс энергии в пограничном слое .
3.2.7. Коэффициент поверхностного трения при вдуве
Выводы
Заключение .
Литература


Существо этого эффекта состоит в том, что газ не только воспринимает тепло, проходя сквозь тело лопаток, но и создает поперечную скорость на поверхности, существенно уменьшая тепловой поток в стенку. В реальных конструкциях при сокращении расхода воздуха примерно на половину при пористом охлаждении наблюдается также снижение коэффициента теплоотдачи в среднем на % по сравнению с конвективным охлаждением ^ . В некоторых случаях течения, например, в сильно раскрытых диффузорах, приходится бороться с отрывом потока от стенки. Можно привести многие другие примеры, где необходима организация поперечного перетока массы сквозь проницаемую стенку. Очевидно,что для расчета этого явления необходимо тщательное теоретическое и экспериментальное исследование структуры турбулентного течения в пограничном слое на проницаемых поверхностях, чем и ознаменовались два последних десятилетия. На первом этапе изучение этого вопроса сосредотачивалось на анализе интегральных характеристик потока. Но в последнее десятилетие с появлением быстродействующих ЭВМ получили развитие расчеты систем дифференциальных уравнений, описывающих ту или иную модель турбулентного пристенного течения. Разнообразие предлагаемых расчетных моделей и не всегда удовлетворительная сходимость расчетных и опытных данных требуют многих усилий для совершествования теоретического подхода и математических методов расчета. На данном этапе объем работы ограничился рассмотрением случая плоской пластины, обтекаемой без-градиентным потоком изотермического газа. Методы расчета турбулентного пограничного на проницаемой стенке в широком диапазоне относительных скоростей вдува. Результаты расчета осре^нных турбулентных характеристик в пограничном слое при вдуве. Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях УДН в и годах, а также на научном семинаре ЭНИН им. Г.М. Кржижановского. По материалам работы написаны две статьи в сборниках научных трудов УДН "Процессы в тепловых двигателях", один из которых выходит в году, а второй в году. ГЛАВА І. В настоящее время вследствие неполного знания механизма развития турбулентного течения большинство методик расчета основано на полуэмпирических теориях. Обрабатывая опытные данные с целью получения аппроксимационных связей между турбулентными пульсаци-онными характеристиками и осредненными величинами турбулентного течения, можно в дальнейшем использовать численный эксперимент для развития представления о турбулентном течении и совершенствования методики расчета сложных течений. Важное место в теории имеет представление об опенке влияния различных факторов (вдува, турбулентности внешнего потока, градиента давления и т. Уравнения (1. Симпсон С ] впервые обобщил законы стенки и следа для случаев подвода массы сквозь стенку при малых числах Ре^бООО. На рис. Симпсоном при использовании уравнения (1. В литературе значительное место уделено получению у! У+ +С(Кее) =^(Оев) <1-1. Коулсом ? В ряде ранних работ [ , ,,4^ предполагалось, что вдув воздействует только на вязкий подслой, но не оказывает влияния на турбулентное ядро. Ротта [ 1 показал, что профили скоростей при течении с постоянной скоростью набегающего потока и с медленно изменяющейся степенью вдува на стенке удовлетворяют закону дефекта скоростей во внешнем слое и закону стенки в пристенной области, причем течение в этой области зависит только от местных условий на стенке. При исследовании турбулентного ядра многие исследователи используют гипотезу Прандтля о пути смешения С И . IЛ . После интегрирования&1. Т- = t:w +j>w Vw u . I Л . Из (I. IЛ . Миклей и др. Симпсон I Л при анализе экспериментальных данных, принимая значения U. Ф = ^[(ьи+ v;f . На рис. Симпсона. Результаты показывают, что значения uQ , tJQ существенно не зависят от степени вдува V+w . Эти результаты показывают, что в пределах ^ у* ? Однако, около стенки данные эксперимента имеют сильный разброс и не подтверждают закон подобия. Синпсон при сравнении экспериментальных данных Маквайда [] и своих опытов пришел к выводу, что разница между уравнениями (1.