Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Аммар Абдулбасет Омран

Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами
<
Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Аммар Абдулбасет Омран. Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами : дис. ... канд. техн. наук : 01.04.14 Казань, 2006 121 с. РГБ ОД, 61:07-5/1705

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Состояние вопроса и постановка задач исследования 11

1.1. Теплообмен и гидродинамика около криволинейных поверхностей 11

1.2. Теплогидравлические параметры пристенных течений в каналах со сферическими выступами 19

1.3. Цель и задачи исследования 32

Глава II. Экспериментальная установка для исследования интенсификации теплообмена сферическими выступами в коротком криволинейном канале .36

2.1. Выбор и обоснование варьируемых параметров и метода исследования теплоотдачи 36

2.2. Описание экспериментальной установки 41

2.3. Объекты исследования 45

2.4. Измерительные приборы и устройства 51

2.5. Программа проведения опытов и- методика обработки опытных данных 52

2.6. Методика обработки опытных данных (основные параметры) 56

2.7. Погрешность обработки опытных данных 60

Глава III. Гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами 64

3.1.Результаты тестовых экспериментов 64

3.2. Поля скорости 66

3.3. Коэффициент давления 77

3.4. Гидравлическое сопротивление 81

Глава IV. Интенсификация теплообмена полусферическими выступами в коротком криволинейном канале 89

4.1. Теплоотдача на полусферических выступах, установленных в прямом канале 89

4.2. Теплоотдача на полусферических выступах, установленных на вогнутой или на выпуклой поверхности короткого криволинейного канала 92

4.3. Обоснование физической модели теплоотдачи и сопротивления в коротком криволинейном канале со сферическими выступами 100

4.4. Рекомендации и методика расчета теплоотдачи в коротком криволинейном канале с выступами 105

Основные выводы 109

Список литературы

Введение к работе

Пристенная интенсификация теплообмена является одним из эффективных способов снижения затрат энергии на прокачку теплоносителя по каналам теплообменных устройств или на транспортировку воздуха по охлаждающим трактам горячих деталей двигателей и энергоустановок [1,2]. Такой способ интенсификации теплообмена зачастую становится одним из немногих возможных путей повышения эффективности систем охлаждения при ограниченном располагаемом перепаде давления охладителя. Так, например, при охлаждении жаровых труб камер сгорания ГТД и ГТУ превышение давления охлаждающего воздуха над давлением потока горячего газа составляет не более (3...4)% [3-6]. Поэтому для надежной работы системы охлаждения иногда приходится вводить ущербные мероприятия по преднамеренному дросселированию потока газа, что ухудшает удельные параметры двигателя.

Использование же в этом случае пристенных интенсификаторов теплообмена позволяет до минимума сократить гидродинамические потери в условиях умеренной интенсивности конвективного теплообмена [7,8].

Пристенные интенсификаторы теплообмена имеют общую особенность: они разрушают образовавшийся на теплообменной поверхности пограничный слой за счет генерации различного рода отрывных и присоединяющихся течений. При этом течение турбулизируется лишь в пристенном слое - как раз в той области, где имеет место градиент температуры.

Такие пристенные интенсификаторы теплообмена, как сферические выступы и выемки, поперечные дискретно расположенные выступы технологичны и достаточно хорошо освоены производством. Они могут быть изготовлены холодным формованием, литьем и т.д. Если в охлаждаемых турбинных лопатках размеры единичных интенсификаторов такого типа не превышают нескольких миллиметров, то в мощных теплообменниках они могут быть на порядок крупнее.

Процессы интенсификации теплообмена могут осуществляться как в стесненных, так и в нестесненных каналах. В более стесненном канале элементы макрошероховатости эффективнее за счет взаимодействия крупных вихрей с противоположной стенкой канала и повторного присоединения их к макрошероховатой поверхности.

На течение, кроме собственно интенсификаторов теплообмена, могут воздействовать различные возмущающие факторы: внешняя турбулентность, продольный градиент давления и др. [1] Важным воздействующим фактором являются центробежные массовые силы, возникающие в криволинейном течении.

Известно, что воздействие на поток поля центробежных массовых сил приводит к изменению гидродинамической картины течения и к изменению конвективного теплопереноса около стенки [9,10]. Так, около гладкой вогнутой поверхности имеет место активное воздействие центробежных массовых сил, интенсифицирующее теплоотдачу. Около гладкой выпуклой поверхности наблюдается консервативное их воздействие, снижающее уровень конвективного теплопереноса. В стесненном искривленном канале, когда его высота невелика, эффекты кривизны снижаются, т.к. на первое место выходит влияние противоположной стенки. Кроме этого, в стесненном канале радиальные градиенты скорости и давления незначительны.

До настоящего времени исследование воздействия продольной кривизны вогнутой и выпуклой поверхностей на теплоотдачу при вынужденном движении воздуха проводилось лишь для сферических выемок и поверхностей с поперечными полуцилиндрическими выступами. Получено, что влияние вогнутой поверхности положительно отражается на теплоотдаче в сферической выемке, в то же время интенсификация теплообмена дискретно расположенными поперечными выступами эффективна лишь до определенного значения относительной кривизны вогнутой поверхности, выше которого установка таких выступов нецелесообразна.

7 Что касается выпуклой поверхности, то ее консервативное влияние на теплоотдачу в сферической выемке более существенно, чем на гладкой выпуклой поверхности, а при установке на ней поперечных выступов увеличение продольной кривизны поверхности только увеличивает их интенсифицирующий эффект для расположенного ниже по потоку участка поверхности по сравнению с гладкой выпуклой поверхностью.

Сказанное выше показывает, что как активное, так и консервативное воздействие массовых сил в криволинейном течении приводит к неодинаковым эффектам в конвективном теплопереносе около различной формы пристенных интенсификаторов теплообмена. Причем как в качественном, так и в количественном аспектах. Это говорит о том, что невозможно распространить имеющиеся в литературе данные на неисследованные интенсификаторы теплообмена ввиду неодинаковой гидродинамики около тех или иных макрошероховатых поверхностей. А поскольку исследований по влиянию продольной кривизны поверхности на интенсификацию теплообмена сферическими выступами не проводилось, то исследуемая в данной диссертации тема является актуальной.

Цель работы состоит в разработке рекомендаций по расчету интенсификации теплообмена в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами. Задачи исследования:

  1. Выполнить сравнительное исследование гидравлического сопротивления короткого прямого и криволинейного каналов различной высоты с полусферическими выступами.

  2. Провести сравнительное исследование средней теплоотдачи на выступах, установленных на вогнутой или на выпуклой стенках криволинейного канала различной высоты и сопоставить полученные данные с прямым каналом.

  1. Исследовать поля скорости в канале с выступами и коэффициент давления на выступах, установленных на вогнутой, выпуклой стенке криволинейного канала и в прямом канале.

  2. На основе проведенных исследований разработать рекомендации по расчету интенсификации теплообмена в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами.

Научная новизна. 1.Получены опытные данные по коэффициенту гидравлического сопротивления короткого криволинейного канала с выступами для различных значений его относительной высоты.

2.Установлен вклад продольной кривизны вогнутой и выпуклой поверхностей канала в среднюю теплоотдачу на поверхности полусферических выступов для различных значений относительной высоты канала.

3.Экспериментально определено распределение коэффициента давления Ср по поверхности полусферического выступа, установленного на выпуклой или вогнутой поверхности криволинейного канала, которые сопоставлены с данными в прямом канале.

4.Сформулированы рекомендации по расчету интенсификации теплообмена в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами, установленными на его вогнутой или выпуклой поверхности.

Автор защищает:

  1. Результаты опытного исследования гидродинамических параметров в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами.

  2. Опытные данные по средней теплоотдаче около полусферических выступов, установленных в матрице выступов на вогнутой или выпуклой поверхности короткого криволинейного канала.

  3. Рекомендации по расчету интенсификации теплообмена в коротких криволинейных каналах с полусферическими выступами.

9 Практическая значимость. Выработанные на основе опытного исследования рекомендации по расчету теплообменных каналов получены в реальном диапазоне изменения геометрических и режимных параметров: относительная высота канала H/d = 0,86... 1,43; соотношение высот канала и выступа H/h = 1,72...2,86; числа Рейнольдса ReD = 3,2*104 ... 9,6-104; относительная кривизна поверхности 5 /R = (1...8,7) -10"3. Они позволяют рассчитать и спроектировать формованные полусферическими выступами каналы теплообменников и систем охлаждения высокотемпературных ГТД и ГТУ.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов и аттестованных средств измерения параметров, расчетом погрешности измерений, удовлетворительным согласованием данных, полученных в стандартных условиях, с общеизвестными каноническими данными других авторов.

Личный вклад автора. Соискатель лично выполнил основную программу экспериментов, обработку и анализ полученных опытных данных. Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и получили одобрение на IV Российской национальной конференции по теплообмену. г.Москва, МЭИ, 2006г.; на IV международной конференции "Проблемы промышленной теплотехники". Киев, Украина, 2005 г.; на IV,Y Школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е.Алемасова, г.Казань, 2004, 2006г.г.; на XV - XY Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях КВАКУ "Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология" г.Казань, 2004, 2005, 2006 г.г.; на XIV Туполевских чтениях, г.Казань, 2006 г.; на XIII международной научно-технической конференции "Машиностроение и техносфера XXI века", г.Севастополь, Украина, 2006 г.; на научных семинарах кафедры "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели", г.Казань, 2004 - 2006г.г.

10 Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Одна работа опубликована в рекомендуемом ВАК журнале.

Диссертация выполнена на кафедре "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели" Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева (КАИ) под руководством Заслуженного деятеля науки и техники Республики Татарстан, доктора технических наук, профессора Щукина Андрея Викторовича.

Автор выражает глубокую благодарность за помощь в подготовке диссертации и научные консультации профессору кафедры "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели" КГТУ им. А.Н.Туполева Щукину Андрею Викторовичу и кандидату технических наук, доценту этой кафедры Ильинкову Андрею Владиславовичу. Автор благодарен доктору технических наук, профессору Молочникову Валерию Михайловичу за полезное обсуждение данной работы.

Теплогидравлические параметры пристенных течений в каналах со сферическими выступами

Если кривизна поверхности не столь велика, то прирост нормальных турбулентных напряжений по сравнению с плоской поверхностью несущественен. При значительной кривизне потока нормальные турбулентные напряжения могут превышать их значения для плоской поверхности в два и более раз. В случае сильной кривизны поверхности [9,10] на профиле нормальных турбулентных напряжений образуется два максимума: в непосредственной близости от стенки и в средней части пограничного слоя. То же самое наблюдается и на профиле продольных пульсаций скорости.

Что касается параметров теплового пограничного слоя, то, по мнению одних авторов активное воздействие центробежных массовых сил качественно и количественно не отличается от воздействия на гидродинамику потока. По мнению других авторов количественно параметры теплового пограничного слоя изменяются менее интенсивно. Они объясняют это тем, что активное воздействие центробежных массовых сил на профиль температуры происходит только посредством изменений гидродинамических параметров пристенного течения.

Как показывает математическая формулировка решаемой задачи, гидродинамика и конвективный теплоперенос в пограничном слое около криволинейной поверхности определяются кривизной линий тока и градиентом давления, который является вторичным по отношению к продольной кривизне поверхности.

Таким образом, из публикаций известно лишь то, что интенсивность теплоотдачи на исходно гладкой вогнутой поверхности возрастает. В то же время эффект одновременного влияния массовых сил и дискретно расположенных сферических выступов, способствующих образованию рециркуляционных течений и крупномасштабных вихрей на гидродинамику и теплообмен может быть достоверно исследовано только экспериментальным путем.

Выпуклая поверхность также часто является составной частью систем охлаждения двигателей и энергоустановок. При обтекании выпуклой поверхности с нанесенными на нее сферическими выступами, течение в поле центробежных массовых сил усложняется отрывными и присоединяющимися течениями, образованными выступами. Такие непростые граничные условия требуют знаний о раздельном влиянии этих факторов на теплогидравлические характеристики пристенных потоков.

Характеристики пограничного слоя при консервативном воздействии центробежных массовых сил видоизменяются: заполненность профиля скорости снижается (рис. 1.2), а у внешней границы пограничного слоя наклон кривой профиля становится отрицательным. Расчеты и опытные исследования показывают [9,10], что интенсивность конвективного теплопереноса на выпуклой поверхности снижается. Так, при 5/R = 10" заполненность профиля скорости значительно уменьшается.

Как и в случае обтекания вогнутой поверхности, при 67R =10 и 5/R = 10"1 профили скорости отличаются друг от друга значительно меньше, чем каждый из них - от распределения скорости на плоской стенке при одинаковом значении числа Re . Здесь также появляются нелинейные эффекты от воздействия центробежных массовых сил на пристенное течение, которое в этом случае является консервативным: увеличение 5/R примерно до 10" приводит к быстрой деформации профиля скорости, тогда как изменение скорости при увеличении 6/R до 10"1 является значительно менее интенсивным.

Стабилизирующее воздействие на поток массовых сил подавляет турбулентные пульсации в пограничном слое. В результате количество жидкости или газа в пределах пограничного слоя снижается. Отсюда при обтекании выпуклой поверхности толщина турбулентного пограничного слоя уменьшается по сравнению с плоской поверхностью. Соответственно и интегральные толщины пограничного слоя в этом случае - толщины вытеснения 5 , потери импульса 5 и потери энтальпии 5Т на выпуклой поверхности ниже, чем на плоской.

Влияние центробежных массовых сил на коэффициент трения с/ является также нелинейным по указанным выше причинам. Как следует из результатов исследований [9,10], при умеренной кривизне выпуклой поверхности, когда o7R« 10 , значение с/ примерно на 10-18% меньше, чем на плоской поверхности, а при сравнительно большой кривизне, когда б/R « 10"1, коэффициент трения снижается на 25-30% . Влияние кривизны вогнутой поверхности на поверхностное трение противоположно по знаку, а количественно несколько более интенсивно, чем на выпуклой поверхности.

При исследовании влияния возмущающих факторов на трение или конвективный теплообмен результаты экспериментальных исследований удобно представлять в виде относительных функций трения и теплообмена соответственно. Для учета влияния продольной кривизны поверхности такие функции имеют вид: 4 R=(c//c/0)Re , xJ/rR=(St//Sto)Re , где 4 , R -относительные функции трения и теплообмена, учитывающие влияние продольной кривизны поверхности на трение и теплообмен.

Как указывалось выше для вогнутой поверхности, многие авторы придерживаются следующего мнения: качественно влияние кривизны линий тока около выпуклой поверхности на теплообмен не отличается от воздействия его на гидродинамику. Отметим, что для числа St имеет место такой же нелинейный характер изменения 5 /R, как и для с/2 [9,10].

Измерительные приборы и устройства

Во время проведения опытов измерялись следующие параметры: - атмосферное давление В, Па; - температура торможения потока, Т, К; - распределение статических р и полных р давлений во входном и выходном сечениях опытного участка, Па; - распределение статических давлений р по поверхности модели выступа, Па; - значения ЭДС термопар на теплообменной модели выступа, мв. Температура воздуха во входном канале измерялась ртутным термометром, с ценой деления 1 градус. ЭДС термопар на объекте исследования замерялись с помощью электронного потенциометра ПП-63 класса 0,05.

Датчиком для измерения полного и статического давления служила трубка Пито-Прандтля. Отличительной особенностью таких устройств является их нечувствительность к углам скоса потока примерно до ±15 [66].

Перемещение приемника давления потока в плоскости входного и выходного поперечных сечений осуществлялось при помощи ходовых винтов координатного устройства с погрешностью отсчета ±0,1 мм.

Регистрация давлений производилась с использованием спиртового манометра, имеющего погрешность отсчета ±1 мм столба рабочей жидкости.

Барометрическое давление замерялось чашечным ртутным барометром с погрешностью отсчета ±100 Па.

Опыты проводились при изменении значений относительной кривизны поверхности 8 /Rw в диапазоне от 10" до (6...8)-10 . При этом относительная толщина потери импульса 8 /п изменялась в зависимости от числа Рейнольдса и принимала значения от 2-Ю"2 до 9,1-10"2. Значения относительных высот выступов h/Rw и h/H составляли соответственно для вогнутой поверхности (5...7)-10"2 а для выпуклой - (5,8...8,8)-10 2. Значения h/H изменялись в диапазоне 0,35...0,58. Числа Рейнольдса ReD принимали значения (1,7...9,7)-10 . Степень турбулентности в ядре потока на входе в опытный участок составляла 3...4 %, и соответствовала значениям Ти в стандартных условиях для течения в канале.

В проведенных исследованиях была принята следующая последовательность проведения опытов:

1. Эксперимент по исследованию гидродинамики. - запуск компрессора; - настройка требуемого программой экспериментов значения давления на входе в опытный участок; - выход на стационарный режим работы экспериментальной установки по расходу рабочего тела; - замер полей давлений р и р во входном и выходном сечениях опытного криволинейного участка с помощью трубки Пито-Прандтля, смонтированной на координатнике. В пределах пограничного слоя и в области влияния выступов шаг замеров составлял 0,5 мм; - измерение поля статических давлений на поверхности модели выступа в 4-х меридиональных сечениях; - переход на следующий режим. 2. Эксперимент по исследованию теплообмена. - запуск компрессора; - настройка требуемого программой экспериментов значения давления на входе в опытный участок; - выход на стационарный режим работы экспериментальной установки по расходу рабочего тела; - включение электронагревателя для создания градиента температуры по толщине стенки исследуемого объекта; - выход на стационарный тепловой режим; - проверка стационарности теплового режима, которая контролируется неизменными во времени значениями поверхностных температур опытного образца; - замер температуры во входном ресивере; - замер распределения температур на поверхности теплообменной модели сферического выступа; - переход на следующий режим.

Опыты проводились по программе классического однофакторного эксперимента, когда в каждой серии опытов изменяется только один параметр, а остальные фиксируются. Программа проведения опытов представлена в таблице 2.1.

Коэффициент давления

Для понимания характера гидродинамических процессов, происходящих при обтекании выступов в условиях воздействия центробежных массовых сил представляет интерес распределение статических давлений по обводу поверхности выступа. Такие распределения помогут объяснить локальные эффекты теплопереноса на обтекаемом потоком выступе и увязать данные по средней теплоотдаче на выступе с гидравлическим сопротивлением канала в рассматриваемых условиях. Коэффициент сопротивления Ср определялся по формуле: CP=(Pi-pBxV(pwBX2/2), где р, - статическое давление на поверхности выступа в і -й точке; рвх - давление торможения потока на входе в опытный участок; Рвх WBX - плотность и скорость потока на входе в опытный участок.

На рис.2.8 показана схема отсчета полярных углов (р и \/, определяющих расположение точек, где измерялось статическое давление на поверхности выступа. Как указывалось в главе II диссертации, измерения проводились на расположенной в шестом ряду модели выступа.

Из сравнения полученных кривых распределения Ср было получено, что общий характер распределения коэффициента давления Ср по поверхности выступа в прямом канале качественно соответствует его распределению при обтекании сферы потенциальным потоком. Так, анализ распределения Ср в продольном меридиональном сечении (линии ф = 0 и ф = 180) показал, что максимальное значение Ср имеет место в области лобового натекания потока на выступ.

Отсутствие более высоко расположенных точек в лобовой части выступа на графике Ср = f(i/), как это имеет место при обтекании сферы потенциальным потоком говорит лишь о том, что в пристенной части, где расположены выступы, скорость потока значительно ниже, чем вне выступов. Так, согласно схеме обтекания полусферического выступа область его передней критической точки (vj/ = 0) находится непосредственно за зоной рециркуляции, генерируемой выступом 4-го ряда, где скорость потока мала: Wpeu-O Woo.

Кроме этого, в сдвиговом слое за счет значительного поперечного градиента скорости генерируются крупномасштабные вихри. При натекании их на переднюю часть расположенного ниже по потоку выступа возникает дополнительная неустойчивость пристенного течения, которая способствует более раннему отрыву пограничного слоя на выступе. Поэтому точка начала восстановления давления на полусферическом выступе характеризуется углом у = 70...75, тогда как по данным [100] при обтекании сферы невозмущенным потоком - углом у = 95.. .100.

Теперь рассмотрим распределение коэффициента давления по поверхности выступа, установленного на вогнутой или выпуклой поверхностях искривленного канала и сопоставим эти данные с прямым каналом.

Характер изменения Ср по обводу выступа в зависимости от числа Рейнольдса не изменяется. Поэтому проанализируем полученные опытные данные на примере режима, характеризующегося следующими параметрами: Re= 6,8-104;H/d=l,14.

Рассмотрим распределение коэффициента давления на боковых поверхностях выступа. Как видно из рис.3.8, на боковых поверхностей выступа (ф = 90) имеет место разница в средних значениях Ср в случаях криволинейного и прямого канала. Наиболее низкое значение коэффициента давления Ср наблюдается при обтекании выступа, установленного на вогнутой поверхности криволинейного канала (рис. 3.8): при ф = 90 значение Ср вопг2 -3,0.

Теплоотдача на полусферических выступах, установленных на вогнутой или на выпуклой поверхности короткого криволинейного канала

Как указывалось в главе I, около исходно гладкой вогнутой поверхности теплоотдача выше, чем около плоской, поскольку проявляется активное воздействие центробежных массовых сил. Вместе с тем, в условиях обтекания матрицы расположенных в шахматном порядке полусферических выступов пристенное течение существенно отличается от картины обтекания исходно гладкой поверхности: образуются отрывные и присоединяющиеся течения, рециркуляционные течения, в сдвиговом слое образуются крупномасштабные вихри.

Как говорилось ранее, анализ влияние центробежных массовых сил на процессы конвективного переноса теплоты около выступа, установленного на вогнутой поверхности будем рассматривать с позиций косвенного их воздействия. Оно обусловливается взаимодействием генерированных под действием центробежных массовых сил более интенсивных, чем в прямом канале, турбулентных пульсаций с вихревыми структурами. В результате этого взаимодействия рециркуляционные течения и крупномасштабные вихревые структуры, образующиеся в области выступов уменьшают свои размеры.

Дестабилизирующее воздействие повышенной турбулентности на эти вихри и течения приводят к неоднозначным эффектам. С одной стороны, уменьшаются в размерах или разрушаются крупные вихри, переносящие теплоту, что приводит к уменьшению теплоотдачи.

С другой стороны, дестабилизация образующихся в непосредственной близости от выступа рециркуляционных течений и сокращение их размеров увеличивает теплоотдачу на его поверхности и между выступами.

Как показывает сравнение опытных данных по средней теплоотдаче, при H/d = 0,86 (рис.4.3) теплоотдача на выступе, расположенном в прямом канале, а также на вогнутой и выпуклой поверхности криволинейного канала одинакова. Значит в стесненном канале процессы интенсификации теплообмена за счет повторного взаимодействия крупномасштабных вихревых структур с выступами (после отражения их от противоположной гладкой стенки) сводят к нулю эффекты кривизны вогнутой поверхности.

В соответствии с результатами исследования теплоотдачи на выпуклой поверхности консервативное воздействие центробежных массовых сил в этой области приводит к подавлению турбулентных пульсаций скорости (см. главу I). Если же рассматривать исследуемый нами случай обтекания массива полусферических выступов, то при их обтекании возникают различного рода вторичные течения: перед выступом и за ним - области рециркуляции, а в сдвиговой зоне - крупные вихри. Если первые - снижают конвективный теплоперенос из-за малых скоростей рециркуляции (около 0,2Woo), то крупные вихри интенсифицируют конвективный теплообмен, непосредственно участвуя в переносе теплоты от стенки к потоку.

Поскольку около выпуклой поверхности пульсации скорости подавляются центробежной массовой силой, то оба типа вихревых течений, следовательно, интенсифицируются. В связи с этим, как и при обтекании вогнутой поверхности, возникает неоднозначная ситуация. С одной стороны, в рассматриваемых условиях увеличивающиеся по размерам и интенсивности рециркуляционные течения снижают теплоотдачу. С другой стороны - более мощные, чем в прямом канале, крупномасштабные вихревые структуры интенсифицируют теплоотдачу от потока к поверхности теплообмена.

Из рис.4.3 следует, что, как и на вогнутой поверхности, обтекание выступа, установленного на выпуклой поверхности короткого криволинейного канала с H/d=0,86 характеризуется таким же уровнем теплоотдачи, что и в прямом канале при тех же геометрических и режимных условиях.

В менее стесненном канале, когда H/d =1,14 (рис.4.4) уже заметно отличие по теплоотдаче в прямом и криволинейном каналах. Так, при обтекании выступа, установленного на вогнутой поверхности, средняя теплоотдача примерно в 1,25...1,35 раза выше, чем в прямом канале при том же значении H/d.

Похожие диссертации на Теплообмен и гидродинамика в коротком криволинейном канале с полусферическими выступами