Исследование характеристик турбулентности и теплообмена за обратным уступом в щелевом канале

• Автор: Комаров, Павел Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1995
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 70 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕЧЕНИЕ ЗА УСТУПОМ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Гидродинамические характеристики турбулентности
1.2. Турбулентный теплоперенос
1.3. Постановка задачи данного исследования
ГЛАВА 2. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Автоматизированная система измерений. Погрешности измеряемых величин
2.3. Методика определения координаты измерительного объема
ЛДА относительно стенки канала
2.4. Характеристики потока перед отрывом
ГЛАВА 3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ЗА УСТУПОМ
3.1. Структура осредненного течения
3.2. Пульсационные характеристики течения
3.3. Особенности генерации и конвекции турбулентности в зоне отрыва
ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕПЛОПЕРЕНО-
СА ЗА УСТУПОМ
4.1. Коэффициенты теплоотдачи
4.2. Структура температурного поля
4.3. Особенности температурных пульсаций
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
л; - расстояние от уступа вниз по течению, м; у - расстояние от стенки канала за уступом, м; к - высота препятствия, м
хг - координата точки присоединения течения, м с1, й2 - внутренний и внешний диаметры канала, м
(1Э = с/2 — (11 - эквивалентный диаметр канала, м
X = х/хг, У = у/к, Хн = х/к, Хг = хг/к - безразмерные координаты;
и, V - продольная и поперечная компоненты вектора скорости, м/с
и', у' - пульсации продольной и поперечной компоненты вектора скорости, м/с
и - среднемассовая скорость воздуха за уступом, м/с
и =й/11, V = >/и - безразмерные осредненные компоненты вектора скорости;
„ йс1э
Яе = — число Рейнольдса, вычисленное по характерному размеру канала;
Я сн = — число Рейнольдса, вычисленное по высоте уступа;
ХР = - (с/1/2 + у) с1у - функция тока;

С = ~ <$) ' массовый расход воздуха, кг/с;
р - плотность воздуха, кг/л/3;
i, 1' - температура потока и ее пульсации, А;
Ъп - температура потока перед отрывом, К

qw - плотность теплового потока на стенке, Вт/м ;

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м К
I - коэффициент теплопроводности, Вт/м К;
ср - теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг К
и* = (ти>/р) - динамическая скорость, м/с; и = ды/(рсри*) - характеристическая температура, К; г и гг,У / * ки У/С*
и =—; Т =—-—; у — безразмерные скорость, температура и поперечная
и* £* у
координата;
Т = - безразмерная осредненная температура;
Ыи = - число Нуссельта;
Si = - число Стантона;
рсри

О
ои = (и' ) 2 - интенсивность продольных пульсаций скорости, м/с;
2" 1/?
Оу = (у' ) - интенсивность поперечных пульсаций скорости, м/с,
2 ?
«V - касательное напряжение Рейнольдса, м /с ;
2 1/>
о* = (У ) - интенсивность пульсаций температуры, /С;
1 "Г
к = —2 (и' + и' + и>' ) - энергия турбулентности;
Ки = 11 - конвекция турбулентной энергии в продольном направлении;
„ т/ <
ЗУ ~ конвекчия туроулентнои энергии в поперечном направлении;
„ -«V , ди , ЗУ
= _2 () - генерация турбулентной энергии за счет касательных напря-
жений Рейнольдса;
и'2 ди V'2 дУ
ип = - -гг; — цдн -г; - генерация туроулентнои энергии за счет нормальных на-
и & оЛ. ц
пряжений Рейнольдса.
( ) - осреднение по времени;
Условные обозначения, не вошедшие в список, поясняются в тексте.

Рис.3.5 Нулевая линия тока и линия максимального значения возвратной скорости при различных числах Яе. - номера серий опытов (см.таб.3.1); 6
формулы (3.1), (3.2); пунктир - результаты работы [3.1].
Важной характеристикой отрывных течений является местоположение нулевой линии тока 4х = 0, которую часто используют в качестве границы между основным потоком и рециркуляционной областью. На рис.3.5 представлены экспериментально полученные точки положения нулевой линии тока при различных числах Яе. Как видно из графика результаты измерений в приведенных координатах не зависят. от числа Яе и хорошо обобщаются зависимостью
У = 1-Х3 (3.1)
Здесь же пунктиром показана нулевая линия тока, полученная в работе [3.1], где экспериментальные данные при различных высотах обратного уступа на пластине и при наложении вдува перед отрывом обобщены зависимостью

Кроме того на графике показана линия максимального значения возвратной скорости потока, положение которой также не зависит от числа Рейнольдса и описывается выражением
У = 1 - 2.8Х + 2.72Г2 — 0.9Х3 (3.2)
Следует отметить, что полученная кривая располагается несколько ниже аналогичной кривой, предлагаемой в работе [3.1]. Ее можно рассматривать в качестве границы между основным рециркуляционным вихрем и пристенным возвратным течением.
Распределение максимальной скорости возвратного течения показано на рис.3.6. Несмотря на то, что полученные значения имеют достаточно большой случайный разброс, они лежат в заштрихованной области рисунка, соответствующей данным, полученным в работе [1.10]. Увеличение разброса данных от точки присоединения к