Взаимосвязь процессов переноса импульса и теплоты в турбулентном отрывном течении

• Автор: Давлетшин, Ирек Абдуллович
• Шифр специальности: 01.04.14, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 105 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Основные обозначения
Глава 1. Современные представления о турбулентных
отрывных течениях
1.1. Организованные структуры в турбулентных потоках
1.2. Поверхностное трение и теплообмен в турбулентных отрывных течениях
1.3. Метод условного осреднения и корреляционный анализ при изучении турбулентных течений
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методика
исследований
2.1. Экспериментальное оборудование
2.2. Измеряемые параметры и методика измерений
Глава 3. Результаты экспериментов и анализ
3.1. Осредненные характеристики поверхностного трения и теплового потока в турбулентных отрывных течениях за выступом
3.2. Перенос турбулентных пульсаций поверхностного трения и теплообмена
3.3. Взаимосвязь мгновенных локальных значений поверхностного трения и теплового потока
3.4. Взаимосвязь мгновенных параметров на стенке
и пристенной области потока
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Явления переноса (количества движения, теплоты и массы) в газах и жидкостях описываются уравнениями одинакового вида:
Т=-|-1(1и/с1у - уравнение Ньютона для переноса
количества движения;
q=-Я.dT/dy - уравнение Фурье для переноса теплоты;
т= -О dp/dy - уравнение Фика для переноса массы . Такое совпадение в описании различных явлений переноса, очевидно, свидетельствует о существовании фундаментальной взаимосвязи между этими явлениями. Действительно, для газов согласно кинетической теории все коэффициенты переноса связаны между собой: Ат=Ц Су ; Ц=0 р [73] (хотя опытные
значения этих величин согласуются с данными соотношениями лишь приблизительно). Подтверждением этого является аналогия Рейнольдса, которая устанавливает связь между гидродинамическими и тепловыми параметрами потоков. Надо сказать, что эта аналогия справедлива для ламинарных и некоторых простых турбулентных течений (например, для осредненных параметров развитого турбулентного пограничного слоя на пластине). Но, вместе с тем, не удается установить взаимосвязи между осредненными параметрами для большого класса практически очень важных течений, - а именно, для турбулентных отрывных течений. В областях отрыва и присоединения таких потоков аналогия Рейнольдса не

выполняется. Между тем, возможно, она выполняется для мгновенных гидродинамических и тепловых параметров отрывных течений. Данные о взаимосвязи этих параметров были бы полезны для замыкания математических моделей и расширения наших представлений о механизмах переноса тепла в турбулентных течениях.
Современные представления о гидродинамике отрывных турбулентных течений связаны с наличием крупномасштабных вихревых структур на фоне мелкомасштабной турбулентности. Образование и динамика этих крупномасштабных когерентных структур во многом определяют процессы переноса в таких потоках. Большое количество теоретических и экспериментальных работ по исследованию когерентных структур привело к существенному прогрессу в понимании структуры течения в турбулентных струях и следах. Однако, наиболее интересные (и, надо сказать, наиболее сложные), с точки зрения определения поверхностного трения и теплоотдачи, исследования взаимодействия когерентных структур со стенкой еще практически не выполнялись.
Цель работы - получение экспериментальных данных по взаимосвязи между мгновенными величинами поверхностного трения и теплового потока в стенку в изотермических двумерных дозвуковых турбулентных отрывных течениях.
На защиту выносятся:
- результаты измерений поверхностного трения и теплообмена в отрывном течении за выступом: перенос
возмущений и корреляционная взаимосвязь этих параметров;
измерениях оставалась практически постоянной по длине. При этом разность температур воздуха в рабочем участке и в канале охлаждения 8 составляла приблизительно 25°С. На стенке за выступом на расстоянии 12 мм (Ат/Л = 0,6) друг от друга были установлены зонды двух комбинированных пристеночных датчиков КД1 для измерения поверхностного трения и теплового потока в стенку. Подробное описание датчика приведено в разделе 2.2. Положение ближнего к выступу датчика относительно выступа изменялось в диапазоне х/к — 1,5 ... 18,6 посредством перемещения последнего с шагом 0,6 к.
С целью определения граничных условий были проведены измерения параметров невозмущенного потока в рабочем участке АТ-1 на расстоянии 0,4 м от его входного сечения: а именно
измерялись профили осредненной скорости <и>(у) и температуры
<Т>(у) потока, а также интенсивности пульсаций температуры
2 1/2
ат (у) = <7 > и продольной составляющей скорости
2 1/2
ои (у) ~-= <и' > . Для этого использовались нитяные датчики [2, 63] совместно с термо анемометр ической и термометрической аппаратурой ЭКА 55М. Скорость невозмущенного потока составляла Оао =11,3 и 18,2 м/с. Измерения профиля температуры проводились при разности температур между ядром потока и охлаждаемой стенкой рабочего участка 7Д- 7/,« 17°. Как показали результаты измерений, осредненная скорость и температура, а также пульсации этих параметров в ядре потока оставались практически неизменными. Уровень пульсаций скорости аи1<11х> вне пограничного слоя не превышал 0,025, а уровень пульсаций температуры ау/<Гоо-7Д> составлял приблизительно 0,015. На рис.2.3,а приведены результаты измерения осредненной скорости в пограничном слое в координатах закона стенки и+= и/щ, уг=уихЫ,