Содержание к диссертации
Введение
КРАТКИЙ ОБЗОР ПО ГИДРОДИНАМИКЕ И ТЕПЛООБМЕНУ ПОЛУ-
ОГРАНИЧЕШЖ СТРУЙ В СПУТНОМ ПОТОКЕ С ПРОДОЛЬНЫМ ГРАДИЕНТОМ ДАВЛЕНИЯ 11
Исследование полуограниченных струйных течений II
Схема течения и основные понятия II
Плоская полуограниченная ламинарная струя 13
Переход ламинарной формы течения в турбулентную в пристенных струях 15
Турбулентная полуограниченная струя 19
Теплообмен в полуограниченных струйных течениях 23
Плоская полуограниченная струя в спутном потоке с продольным градиентом давления 27
Теплообмен в полуограниченных струях в спутном потоке с продольным градиентом давления 35
Постановка задач исследования 38
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ 41
Экспериментальная установка для изучения аэроди намики плоской полуограниченной струи 41
Методика аэродинамических измерений 47
Измерение скорости и статического давления 47
Измерение турбулентных пульсаций скорости 48
Экспериментальная установка и методика измерения теплообмена 50
Описание экспериментальной установки и методики визуального исследования 53
РЕЗУЛЬТАТЫ ЗКСШШЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ ПЛОСКОЙ ПОЛУОГРАНИЧЕННОЙ СТРУИ ПРИ НАЛИЧИИ СПУТНОГО ПОТОКА И ПРОДОЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ 60
3.1. Начальный участок плоской полуограниченной струи в спутном потоке с продольным градиентом давления 60
3.2. Переходный участок 77
3.3. Основной участок полуограниченной струи в спутном потоке с продольным градиентом давления 83
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПУТНОСТИ И ПРОДОЛЬНОГО ГРАДИ
ЕНТА ДАВЛЕНИЯ НА ТЕПЛООБМЕН И ПРИ СТРУЙНОМ ОБТЕКАНИИ
ПЛАСТИНЫ 106
4.1. Влияние параметра спутности на местный коэффициент теплообмена 106
4.2. Влияние продольного градиента давления и акустического воздействия на теплообмен 121
Выводы 140
ЛИТЕРАТУРА 143
ПРИЛОЖЕНИЕ 155
- Исследование полуограниченных струйных течений
- Экспериментальная установка для изучения аэроди намики плоской полуограниченной струи
- Начальный участок плоской полуограниченной струи в спутном потоке с продольным градиентом давления
- Влияние параметра спутности на местный коэффициент теплообмена
class1 КРАТКИЙ ОБЗОР ПО ГИДРОДИНАМИКЕ И ТЕПЛООБМЕНУ ПОЛУ-
ОГРАНИЧЕШЖ СТРУЙ В СПУТНОМ ПОТОКЕ С ПРОДОЛЬНЫМ ГРАДИЕНТОМ ДАВЛЕНИЯ class1
Исследование полуограниченных струйных течений
Струи, распространяющиеся вдоль твердой поверхности, так называемые полуограниченные или пристенные, являются сложными течениями.
В зависимости от геометрии насадка и граничных условий долу-ограниченные струи классифицируются как плоекопараллельные или осесимметричные, затопленные или со спутным потоком.
На рис.1.1 приведена схема плоокопараллельной полуограниченной струи в спутном потоке для случаев, когда скорость течения струи больше скорости спутного потока.
Схема течения на Рис.1.1 является идеализацией действительных течений, встречающихся при гидродинамической защите поверхностей. Пристенная струя даже в таком упрощенном виде представляет собой сложное течение. Особенность полугоранйченных струй состоит в том, что охватываемая ими область течения представляет собой как бы синтез двух типов пограничного слоя: пристенного и свободного.
В первом приближении можно условно всю струю разделить на ничейных струй область течения делится на три участка: начальный, переходных и основной/і/. Начальный участок характеризуется наличием ядра постоянной скорости и длина его определяется как расстояние от среза сопла до сечения, где происходит смыкание зоны смешения и пристенного пограничного слоя (рис.1.1). Между основным и начальным участками лежит переходный участок, в пределах которого профиль скоростей приобретает форму, характерную для основного участка.
Экспериментальная установка для изучения аэроди намики плоской полуограниченной струи
Схема экспериментальной установки, на которой исследовалась полуогранйченная струя в спутном потоке с продольным градиентом давления, представлена на рис.2.1. Установка представляет собой незамкнутую систему аэродинамических труб, состоящую из двух частей: а) малая аэродинамическая труба для получения полуограниченной струи; б) большая аэродинамическая труба для получения спут-ного потока. Поток воздуха, создаваемый центробежными вентиляторами, по воздухопроводу поступает в успокоительную камеру (1,11). Проходя из успокоительной камеры через: сеточные фильтры (3), хо-нейкомбы (4) и профилированное сопло с тридцатйкратным поджатием для полуограниченной струи (5) и трехкратным поджатием для спут-ного потока (6), воздух попадает в рабочую часть трубы. Рабочая" часть представляет собой прямоугольный канал, состоящий из исследуемой пластины (7), внешней пластины, а также верхней и нижней стенок из оргстекла.
Полуограниченная струя, вытекающая из щели размером 300 10,0 мм обтекает исследуемую пластину из полированной стали длиной I =950 мм, прикрепленную к кромке сопла (5). Для измерений распределения статистического давления вдоль потока на поверхности пластины использовались дренажные отверстия с диаметром с/=Д& мм, расположенные по средней линии исследуемой пластины через 20 мм до 10 калибров и дальше через 50 мм до конца пластины.
Начальный участок плоской полуограниченной струи в спутном потоке с продольным градиентом давления
На экспериментальной установке, собранной автором, предварительно были исследованы осредненные и пульсацйонные течения плоской затопленной полуограниченной струи со спутным потоком без продольного градиента давления (изобарное течение).
Результаты измерений максимальной скорости, толщины пристенного и внешнего пограничных слоев приведены на рис.3.1. Как видно из рисунка, зависимость условной толщины струи от продольной координаты не совсем линейная. Если построить зависимость/—г/ от т , то также можно убедиться, что эта зависимость будет не-линейная, которая указывает на то, что показатель степени л в зависимости- -- должен быть больше 0,5.
По данным различных авторов значения показателя изменяются от 0,53 до 0,67. Линяй на рисунке соответствуют эмпирическим зависимостям
что согласуется с данными работы /53/. Здесь 1.= //7 соответст-вует полюсному расстоянию струи источника.
На рис.3.1 также приведены для сравнения экспериментальные данные авторов/б2,75,І09,ІІі/по полюсной затопленной полуограниченной струе. Как видно, все экспериментальные данные согласуются друг с другом в пределах точности эксперимента. На основании этого можно заключить, что экспериментальные данные, полученные на нашей установке, также достоверны.
Обычно изучение струй производится разделением всей области распространения струи на три участка (рис.1.1) по рекомендации Г.Н.Абрамовича/і/. Каждый участок имеет свои особенности и изучается отдельно.
Рассмотрим начальный участок.
Как известно, начальный участок полуограниченной струи характеризуется наличием ядра постоянной скорости. При наличии продольного градиента давления в пределах начального участка со-храняется полное давление (/ - - - 5 7 ). Ядро постоянной скорости разделяет пристенный пограничный слой от внешней зоны свободного смешения. В первом приближений эти два типа пограничных слоев можно рассматривать как течения, развивающиеся независимо друг от друга.
В нашем эксперименте течение в пристенном пограничном слое при числах Рейнольдса tfe Yf.#-ry.#6j//7 и начальном уровне турбулентности 7иа=#-&%ъ спутном потоке являлось ламинарным
Экспериментальные профили скорости пристенного пограничного слоя при спутности /77= 46 в диапазоне изменения продольного градиента давления /?= / .-/7.S4&J/0 , представленные на рис. 3.2, удовлетворительно согласуются с профилем Блазиуса/90./-сплошная линия. Пристенный пограничный слой в начальном участке полуограниченной струи при других параметрах спутности также является ламинарным /%8,49./.
class4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПУТНОСТИ И ПРОДОЛЬНОГО ГРАДИ
ЕНТА ДАВЛЕНИЯ НА ТЕПЛООБМЕН И ПРИ СТРУЙНОМ ОБТЕКАНИИ
ПЛАСТИНЫ class4
Влияние параметра спутности на местный коэффициент теплообмена
Прежде чем изучить влияние продольного градиента давления на теплообмен, нами были проведены подробные измерения локального коэффициента теплообмена пластины при обтекании пластины струей со спутным безградиентным потоком. Измерения проводились при постоянной начальной скорости струи / - // % и различных значениях скорости спутного потока, соответствующих параметру спутности 7=0; 0,30; 0,46; 0,63; 0,78; 1,00.
На рис.4.1 представлены результаты этих измерений, когда струя на выходе из сопла имела степень турбулентности 7ї/а=Я 9% я пограничный слой на пластине в выходном сечении сопла был ламинарным.
Как видно, течение в начальном участке струи в пристенном пограничном слое при всех значениях параметра спутности ламинарное. В конце начального участка коэффициент теплообмена достигает минимального значения, затем в переходной области течения ос резко возрастает до конца переходного участка вследствие ла-минарности турбулентного перехода и перестройки внутреннего профиля скорости от ламинарного до развитого турбулентного профиля скорости. Начиная с конца переходного участка, коэффициент теплообмена опять монотонно уменьшается
Отчетливо видно как изменяется протяженность начального и переходного участков течения с ростом скорости спутного потока. Влияние параметра спутности на протяженность начального и переходного участков подробно обсуждено в главе 3.
Похожие диссертации на Гидродинамика и теплообмен плоской полуограниченной струи со спутным потоком с продольным градиентом давления
