Экспериментальное исследование структуры переходного и турбулентного свободноконвективного пограничного слоя на вертикальной нагретой поверхности

• Автор: Чумаков, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 333 с. : ил

- 2 -СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Свободноконвективные течения, развивающиеся вдоль нагретой вертикальной поверхности: анализ результатов
исследований и состояние проблемы
1.1. Критериальные соотношения для расчёта теплоотдачи от вертикальной поверхности в свободноконвективном пограничном слое
1.2. Влияние переменности теплофизических свойств среды
на теплоотдачу от вертикальной поверхности
1.3. Исследование скоростного и температурного полей свободноконвективного пограничного слоя на вертикальной нагретой поверхности
1.3.1. Анализ осреднениых характеристик течения
1.3.2. Анализ пульсационных характеристик течения
1.3.3. Ламинарно-турбулентный переход
1.4. Экспериментальные методы исследования скоростного
ПОЛЯ В свободноконвективных течениях
1.4.1. О преимуществах и недостатках термоанемомет-рического и лазерно-доплеровского методов
измерения скорости
1.4.2. Особенности измерения скорости термоанемомет-рическим методом вблизи поверхности
1.4.3. Конструкция термоанемометрических зондов
1.4.4. Калибровка термоанемометрических датчиков и способы учета неизотермичности потока при
измерении скорости
ГЛАВА 2. Экспериментальный стенд и измерительная
аппаратура
2.1. Установка для генерации свободноконвективного потока
2.2. Конструкция координатного устройства
2.3. Система автоматического сбора и обработки информации
2.4. Аналоговый канал измерительного комплекса
2.5. Тестирование методики автоматизированного эксперимента
ГЛАВА 3. Методика измерения скорости в свободно-конвективном пограничном слое

3.1. Установка для калибровки термоанемометрических зондов при малых скоростях в неизотермической воздушной среде
3.1.1. Конструкция установки и процедура
калибровки
3.1.2. Методика калибровки
3.1.3. Учет влияния смешанной конвекции при
калибровке датчиков термоанемометра
3.2. Термокомпенсация но актуальной температуре
3.3. Конструкция термоанемометрических зондов
ГЛАВА 4. Исследование осредненных характеристик свободноконвективного пограничного слоя
4.1 Профили осредненных составляющих продольной скорости и температуры
4.2 Измерение напряжения трения и теплового потока на поверхности
4.2.1. Теоретические зависимости для осредненных значений продольной скорости и температуры
4.2.2. Определение зоны влияния твердой поверхности на показания термоанемометра
4.2.3. Определение толщины динамического вязкого подслоя
4.2.4. Определение границ теплового вязкого подслоя
4.2.5. Анализ результатов измерения
4.3. Слой выталкивающей силы
ГЛАВА 5. Исследование пульсационного движения в свободноконвективном пограничном слое
5.1. Профили пульсационных составляющих двух компонент вектора скорости и температуры
5.1.1. Область развитого турбулентного течения
5.1.2. Область ламинарно-турбулентного перехода
5.1.3. Определение границ области перехода по пульсационным характеристикам потока
5.2. Профили турбулентного напряжения трения и двух компонент вектора турбулентного теплового потока
5.3. Корреляционные и спектральные характеристики пульсационного движения
5.3.1. Развитый турбулентный режим течения
5.3.2. Область ламинарно-турбулентного перехода
5.3.3. Особенности процессов перехода ламинарного
режима течения в турбулентный
5.4. Использование поперечного эффекта Зеебека для

измерения мгновенного значения теплового потока на
поверхности
5.5 Фрагменты базы данных и примеры обработки
результатов эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

теплофизические свойства. Полученные величины подставляются затем в соответствующие соотношения, которые, в свою очередь, выведены для течений с постоянными теплофизическими свойствами. Чаще всего в качестве определяющей температуры используется средняя температура, например, при течении около нагретой поверхности средняя температура получается как полу сумма температур поверхности и окружающей невозмущенной среды.
Во втором подходе (метод поправок) помимо использования понятия определяющей температуры, вводятся поправочные множители, представляющие собой отношения величины некоторого параметра при температуре поверхности к соответствующей величине при температуре внешнего потока.
В дальнейшем, было показано, что при описании теплообмена в случае ламинарного режима течения влияние переменности свойств жидкости с достаточной степенью точности можно учесть, применяя метод определяющей температуры. И напротив при турбулентном режиме течения использование одного этого метода не всегда бывает достаточно, чтобы правильно скоррелировать исходные соотношения и приходится вводить поправочные коэффициенты, зависящие от температуры.
Исследованием влияния изменения теплофизических свойств среды на теплоотдачу от вертикальной поверхности занимались многие авторы, например [24,35,36,49-55]. Интерес к подобного рода исследованиям был вызван, в частности, необходимостью более точной оценке тепловых потерь на конвективную теплоотдачу от внешних приемников на крупномасштабных солнечных энергетических станциях. На этих установках внешний приемник представляет собой вертикальную поверхность больших размеров, температура которой под