Теплообмен в турбулизированных потоках с наложенной периодической скоростной нестационарностью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

. АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР Институт технической теплофизики

На правах рукописи

ДОТЯН ?убсн Эдуардович

УДК 536.24

ТЕШЮОБЖН В ТУРБУЛКЗКРОВАННШС ПОТОКАХ С НАЖЖЕННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СКОРОСТНОЙ ШСТАЦКОНАРН ОСТЬЮ

01.04.14 - Теплофизика'и шяокуллрная физика

Автореферат диссертации на соискание учоноА стопсни кандидата-тэхничаских иаук

КИЕВ - 1991

Работа в&эдг&ско в 'iiSTinyvo тахннчссяо» -^.лао^ивзш! Дяадаж^и Ноу»; Украинской ССР

Изучи«;! руководитель - доктор тохяичас«1к; наук

Э.Я.Эляк

Научный консультант - Засгушншй дзячсяь «аукн УССР,

оялюр. ДН УССР

SJL£;ö'aH

Сфициалышз оппоненты: цоктор ?к:нических наук» < профессор Оафурин A.B.

кандидат технически;; наук, доцэит к^сьмонныЛ Е.П.

Е.^уиое предприятие: Ннсипут физнио-?еяннчге?а)х пробно« си'^ргетнки АН Лита и /гЛигулг.с /

Защита диссортации состоится " <£> i/f 199Ir» в/Х"^ часов на заседании специализированного сов«?а 'ЮХбТ^З.02 2 Институте ?отнической теплофизики АН УССР (<52057,?.Киор--5?„ уя.ЗИелябош,2а).

■ С дисеертациой ъюшо ознакомиться а би&шотске ш§ ан УССР, ^

¿»огорсфорат разослан 1г

Учемыи секретарь специализированного

совота кандидат тохшгооскик.паук . i.A. Кризошёй

in 9 ПЗСЛСЙКВЭ РОД;? S ЗЭЛЗИ С? ростом тратт-

роз ребопзгэ процесса'a сяс-ргзпггасккх п прзггкзязшик установках с.чачтелъ::о зссрос.1;:; срзЙБзккс и уоадост» п пздешозси гидродкк?.-опюскас п язшэгаг 'п: прзтоглоЗ часта.

яэтскз: з прэтоэдоЯ чггги турбзигдйпш ,срзк?зх двн-ra'í3£.c"¡ кттрскпогэ сгорзния^сизр сгзрзнкя,«?9ялозбно»»щксз и т.п. есшасв? о? ' ozíizoto- чис.'х £актораа,э гпатиоетй , излетая пзризди-чозкоЯ скоросгмоП ис-стзцгтаиариос'т п зи'чнтзлыюй еупбулкзапки потока. Вдкжиз турбулентности на прзцссиз тгп,йэп?г.;:;оае. э. пзскшзэ зрсгя ¿ocï-tovho хоороо изучено .гакНризцкн ка с- ели-лшн гирсодччзс-XOÖ CKOpOCI'IíOH ИЭСТЗЦИОКЗрНОСт ЗИЬЧКТОДШЗ "МСИЬ'-ГЗ,. Oîia ,It'll-: прз-3IOIO, похученз гзорогпчеекки путам на осгазз су^озтайииэП: кяоалкзз-цг;:$ процзеез,й. экгпернкзигзлькь-э длшиэ по кесгакоряикэ ш;итшт обоих факгороп вооб«о мое:;? опкэодячееккл рззроанзини"' хярзиеср.

В этой связи, иачшзл о зглгздзссиж гзг.ос* 'у нас з етрзио » оз. й?баао!5 зодутзл рсорзуичзоказ и зкгпзриггдаалшлз ьзслзлоэсикз зэкококзркозУйП и.теллго&ог.з s ycjJoaiKxf/'3;%3'iip/3-

GKîî процесс!? в mïypuux arpara?:!?. (сурбоьасшпх, Д£3, илиерах сгорания н т.п.1»

Слизко»ноензтря ка значЕ'гзяи;!."* уснл!ы,прзцпркним2з?з.40 о зтзГз области,ги",род!шсьатчс-ск;1Я теория тзплообыс-иа caz ' далекг. ее заоерзе-иия.Ииогио окспэрикоитззышв г;антшз количззевзкко из. соглззуоез::, a искотзркз и кзчзетпенио противоречивы.Поэтов, разрабогк; анкетных МОТОДОО pr-ЗТ'СТ" процессов гзплопзроиэз^ (il пзрэуо очзяздь ocHODíKKfx из окепорпкег.таяьно« тфрмэцкп) а уеяогленкгг: уегозйсх, хйрзктерннх д;яе кг .тура нх оо?.эктоп s пзляотзл лктуплшой mytFcfl сацачеП.ресониз коеэрой игю-тг с.гч-;ос- прикладное, энвч?гоп.

• С yqoroL: сглзпнног'з .гг.;/ а'сеоясзй дигеортацпошшл рзбое» к ясслодопе^;: гидрой,шли^с-п:-;: глрлй'.'лраг'П:1; турбуш-оирзвати:: novopr. С каяесснкэП г»оргй.г,тсс:-сэЕ! зкзрэстно? ьо;?лш'онлр~ L í ^ с т ь о s n о ."V ^ ' з : i : : : orcnjpfô'ucûiîjton anlopn-vjui о йзиадселрноот-т:: про-ц.зос'.'З «йплэпс-рскггг; г гыг ¡; рглработкз на этоП пеног.«; г.г.огзз р.-.с~ сс^гс-седзгп: г уксашп;^: усшог.к<гс, ^lîsj'jjvsiîoa'-:.

Газp:;voT".vb :: рг.г^чг/лсь^тъ окгпзршгттпйглю;! ,усгпнот; j 'и:?о;чггу, • позгаятгугз о .'¡зборзезгуп*:: ус/0£;:пх ук-рбултироозтшз »з-

1зкл з умят пс-ргздг'гзсиоГ. згорг.зтноГ. к>-!й:щ?м>:;зг.>гоз?т np:i 1гсзс::::склс:'. регулнгопля^м ио^^чг-зг'иенч";; 1сл:лгэгз гл

í^ir.Topoa J

- разработать методику разделения энергий периодической скоростной нестационарностк и собственно турбулентности в турбувизированиых потоках с наложенной периодической ностационарностьп;

- експеримантальным путем определить влияние указанных факторов

(в совокупности и каадого в отдедьности)ка закономерности процассог таплопераноса;

- разработать на этой основе эмпирическую методику расчета процэо-сое теплопереноса в указанных условиях.

Научная новизна «

- Разработана методика создания турбулизированного потока с наао-шнной периодической скоростной несмщионарностьв и экспоркмшз-тсльные устаиовки для оо ос^.асствлсмия;

- показано,что наложение на турбулизированшй поток пернодичаской скоростной нестациоясриослп.г-'сштрл на значительное увеличение интенсивности суммарной возцуиенности потока (до 30 раз),и© приводит к сколь-нкбудь зшлатмой интенсификации теплообшиа;

- разработана ызтодика расчета теплоотдачи в турбулкзировалнюс потоках с наложенной! периодической скоростной иостационаркостьш, аппробироваялая на пряморо поперечно обтекаемого цианадра;

- разработана методика разделения энергий периодической скоростной нестационарности и собственно турбулентности в турбулизироваииыя потоках с пололенной периодической скоростной настационарностью, основанная иа разложении сигнала мгновенной скорости в ряд Фурье;

- показано,что при налсяшии иа турбуиизированный поток периодической скоростной нестационариссти набладается зиачитояыюе (иа I -3 порядка) увеличение характерных масштабов турбулентности и турбулентной вязкости.

Практическая ценность работы. Результаты настоящей работы могут найти использование при проектировании систем охлавдония турбинных лопаток.расчэтах элементов каыар сгорания,ДВС,некоторых типов топдообизниых аппаратов и ряда других агрегатов,в которых имеет мзето обтекание нагретых поворхно'стой турбулизироваинш потоком с периодической скоростной нсстационарностьв.

Артор ваоишает.

-Методику и екепвршентодыше установки для со осуществления,поэво-ляватв е лабораторных условиях подучать турбулизированные потоки с периодической скоростной кестациоиарность» и обеспечивать при.этой независимое регулирований пнтенсивиостей тур(5ужентности и периодической скоростной нестационарное«;

b

- эипиричоскиЗ метод расчета теплообмена в турбулипкрованных пороках о наложенной периодической скоростной нзстационарностыз;

- изтодику разделения энергий периодической скоростной нсстациоиар-ности н собстпоино турбулентности d потока указанного класса;

- данные о гидродинамических характеристиках турбулизированных потоков с наложенной периодической скоростной нестационарное тьк> и их влияние на процассы топлоперсноса.

Методы исследования . Поставленные цели достигаются'путей создания d лабораторных установках турбулиэированного потока с наложенной периодической скоростной ностационарностьп»проведения а ном измерений гидродинамических п тепловых характеристик.разработке на этой основе эмпиричоско:о метода расчета теплоотдачи,который аппробируется в работе на примере поперечно обтекаемого цилиндра.

Аппробация работы . Основные результат» работы докладывались и обсуждались на 1У Всесоюзной конференции по проблемам турбулентных точений (г.Донецк,1969 г.), на III и 1У Всесоюзных конференциях молодых исследователей "Актуальные вопросы тапдофизиьи и физической гидрогазодинамики" (гЛ!овосибирск,19Ш-1991г.г.) ,на ХШ научно-тех-ничаской конференции ьшодкх ученьях и специалистов. ЦИАМа (г.Москва, 1905г.),нэ Всесоюзной конференции молодых специалистов "Тепломассо-обызн в энергоустановках и технологических агрегатах " (г.Днепропетровск, 1903г.),на II и III республиканских юколах-семинарах молодых ученых и специалистов "Актуальные вопроси Теплофизики и физической гидрогазодинамики ."{г.Алушта,1967г.,198Эг.), на конфоронции-конкурсе молодых ученых и специалистов ¡{азГУ С г,Алма-Ата, Г9 08г.), на ХУШ-Х1Х научно-технических конференциях шлодых ученых и специалистов ИТТФ АН УССР (г. Киев,1968-199Orr.).

Публикации . По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и получено два авторских свидетельства.

Структура и обьем работы . Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав,заключения и списка литературы,содержит 182 страницы,включая- 136 страниц машинописного текста,66 рисунков, 13 страниц списка литературы (120 наименований), Содержание работы .

Во введении обоснована актуальность нсслодускоП проблемы, сформулирована цоль работы и дана краткая аннотация основных результатов, подученных в диссертации.

В первой главе прогедон анализ литературных данных о влиянии турбулентности и периодической скоростной нестацноиарности-яак в совокупности, так ч каждого фактора в отдельности- на гидродинамику и теплообмен тел. Показано,что данные о внутренней структура теплоносителя в различном теплотехническом оборудовании

весьма ограничены.Наиболее полно исследовалась в последние годы структура точения в проточной чести турбомашин,камор сгорания и двигателей внутреннего сгорания.В цилиндрах двигателей вяутрзнногс сгорания возникает пудьсирущсе точенн® газа с частотой и ашлитуг пропорциональной числу оборотов коленчатого вала двигатоля.Частотг ходе поршня колеблется при этом ог нескольких гарц (судовые двигатели) до 100-120 Гц (автомобильные двигатели).Интенсивность турбулентности изменяется от 15$ (вблизи головки пориня) до 20-25$ (за впускнныи клапанами).

В газотурбинных установках поток тсплоиоситзля перед поступлением в. проточную часть проходит камору сгорания, в которой для интенсификации процесса горения осуществляется ©го существенная турбулиэация (в следе оа ета5илизагораш интенсивность турбулентности достигает 40-50$).

Наиболее полны© сведения иьзагся о структура потока и закоио ыгрностях процзссов (тепдопорсноса з проточной части турбоыаиин (осевых компрессоров и.газовых турбин).Наряду с существенной тур-булизацией (по даинш различите авторов интенсивность тур^улантнос ' ти колеблсгсяот 5-7 до 15-202) 2 проточной части созяикавт существенная периодическая ностационаряость, гкзваиная пересечением кромсчнис следов предшествующей лопаточной рсиетки яопаткаш (или шклопаточиши каиалашО послодущей. .

Рассмотрены две примерно'равноценные методики выделения вкладов энергии периодической скоростной иестационариости и собственно турбулентности с суммарна*» энергетический потенцкгл потока топлоноснм ля.Порвал основана на кнгагрировании изморенного спектрального распределения.При атом гноргил пзркодичаской скоростной нестацконаряовти пропорциональна площгди характерных пиков косности,а энергия турбулентности - остальной части, площади спектра.Вторая кз^одика предполагает вались осциллограммы кгн'о- ■ ванной скорости и ео последующао осреднение по аиссмбяо реализаций с цодьо исключения турбулентных 11ульсацяп.При этом энергия пориодисвскай скоростной наст&цконарлости пропорциональна квадрату отклонений осроднскной кривой от сродна») во времени скорости^ анергия турбулентности -квадрату отклонений исходного распределения скорости от осредявшшго по ансамбля.

Проведен аналиэ походов к расчету тошгопсрсносе при ловн-, шейной турбулизацип потока.Первая группа ыатодов основана на

введении в уравнения подобия либо дополнительных чисел подобия вида Tu ми Tl>Ran ,либо различиях поправочных функций.Проанализирован» недостатки атих катодов,основным из которых является,на наш взгляд,отсутствие учета характерного масштаба турбулентности. Рассмотрен более физичный подход ,который прадлопси и развивается в ИТГФ АН УССР (си.,напр.,/1/).В раыках этого подхода считается, что из-за происходящих в пределах надсяоя - области меж,пу внешним потоком и внептеП границей пограничного слоя-изменений внутренней структуры турбулентности и кем мокзт кметь нзсто умзнь&эниз переносных свойств потока.Учзт этого явления осуществляется с помощь» специальной поправочной функцин,зависящей от обсэразмеренного по тодщияз пограничного слоя продольного диссипптивного масштаба.При-изншость метода ограничивается .строго говоря , диапазоном изнгна-нип аргушкта и диапазоном чксся Райнояьдса.

Рассшзтршш закономерности процессов теплоперсноса в потоках с периодической скоростной ностационарностьо*и Ти —Показано, что исследования в этой облерти веська кэыюгочисяойяы.

Так, в работах Прпдци и БеПли.Езйза иаблндаяось влияний не теплообмен частоты и ацпштудг пульсации скорости,тогда как а работах Е.П.Дыбана и В.Д.Куроша т^коз влияние нэ обнаружено.

. Аналогичная результаты по'хучекы и при исследовании теплоотдачи в турбулизнрованнше потока:; с мадокенноП периодической скоростной неЬтацноиарностыэ.Тгас ,в работа /2/ а критериальноо уравнение сводится число С?рухаля,о то время как ,напримерt с /3,4/ на отмечено вдиякио частоты пульсаций скорости на'процессы тепло-персноса.Приведенные дашшз позволяй? сделать вивод о той,что необходимы доопскнтскьниэ исслсдоезккс по учету d-iiusiuc турбулентности и периодической скоростной ксьтационарностк на процессы тепгопере-коса.

' .Во. .¡второй pxz-зо описании разрабстанинс на основе анализа ли-гврмуры, «.рэгрсигга й методика проседекия. пастояакг: оиспериионталь-иик иссясдрреинп;.

Пзкоренко с редок (во Бре?лмш) расхоцг, r¡ скорости проводилось 0 работо даумт мс?ох-аки: пнеькэмвтркчгеккм н термочнемоштри-«юокш.Яри нройедгнки. «ериоанеиокетрчеэкйх намерений использовалась горкэенешкотркчьск&я оизгекэ ДКЗА СШ з ксмяохюм стандчр*-нше датшеоо (дмакетр йети 5"Í0"4í) и- кондйцвоиероы 55Д23 .дополненная зипт<шоП гармонического анавиза сигнала 121-110«

Представлена методика определения таких турбулентных характеристик потока как трех компонент (продольной и поперечной или продольной и тангенциальной) турбулентных пульсаций скорости, ■ спектральных распределений(из которых в свою очередь определены масштабы ту рбу л а н тн о с т и, д и с с ипа ция кинетической энергии) и т.п. В качество основных масштабов турбулентности использовались:

- интегральные масштаб*.характеризующие размеры наибольших турбулентных вихрей Ljx« ;

- масштабы энергосодоряшаих вихрой Ij* ~ 1/ к^ ;

- ыикромасштабы.характеризующие пространственные размеры наименьших длительно существующих в потоке турбулентных образований

= (2-7-ё7^ / С-ес )°'s;

- ыясвтабы диссипируязих ¿¡¡зхрлй (масштаба Коиогорова)»характери-¡зуЕяцио размеры иаишньших вих^< ;й,энергия которых диссипируот в топлоту = (-\>3/£с )0,г5 .

В качество характерного маевт&ба был выбрал диссипативный масштаб продольной компоненты пульсации скорости

, z 3 (и<г)1>5 Lu ~ 2 £с Излонена ыэтодика определения составляющих энергии турбули-зировакного потока с наложенной перкодичаской скоростной неста-цшнарностьв путем осреднения сигнала цгносенноК скорости по ансамблю, предложенная в работах Гостеллоу и Званса.

Интенсивность сушарной возцущсшости при втем мокио определить из выражения:

&_^_(^J{ü{t)-Ö)2dtlV2 (1)

интенсивность ноетациояарности: т

' г>JLi-L-f {uw-ülW" (2) сн и т 8

и интенсивность собственно турбулентности:

F „ 1 (X JT(U{t)-D(t))2dt]V2 (3)

Т U I О г В приведенных выражениях U(t) - нгиовенноо значений скорости;

U(t) - зяэчэпие скорости без наложенных на ноо турбулентных пульсаций ;

Ö - средняя во времени скорость Тепловые исследования проводились стандартным методом

регулярного теплового режима.Показана применимость этого метода для исследования процессов теплоотдачи поперечного цилиндра, обтекаемого турбулиэироеанным потоком с наложенной периодической скоростной нестационарностыо.

В третьей главе дано описание экспериментальных установок, использованных в настоящей работе, и представлены результаты исследования гидродинамических характеристик турбулизированных потоков с наложенной периодической скоростной нестационарностью.

На первом этапе гидродинамических исследований использовалась разработанная ранее в ИТТФ АН УССР экспериментальная установка УВТД-1, которая позволяла получать а рабочем участке близкие к синусоидальным пульсации скорости. Цульсации генерировались з специальном узле (пульсаторе), представляющим собой вращающийся цилиндр, в среднем сечении которого по оси потока было выполнено скзоэное круглое отверстие. В положении.когда ось отверстия совпадала с осью входного участка и рабочего канала, проходное сечение камеры пульсатора оказывалось полностью открытым и воздух проходил из входного канала в рабочий участок. Если же ось отверстия располагалась перпендикулярно оси входного канала, проходное сечение канала оказывалось перекрытпм. Таким образом, при вращении пульсатора вокруг своей оси происходило периодическое перекрытие проходного.сечения устройства, и б рабочем участке генерировались гармонические пульсации скорости.

Исследовано более 30 режимов течения в диапазоне скоростей от б до 34 м/с и частоте: пульсации скорости от 6,3 до 60 Гц. Осциллограммы во всех случаях описывались с отклонением не более + Ь% единой (универсальной) кривой.Интенсивность турбулентности при этом достигала 40-50$. Анализ экспериментальных данных показал,что в установке УВТД-1 исключена возможность изменять соотношение между энергиями периодической скоростной нестационарности и турбулентности. Поэтому, тепловые эксперименты на этой установке не проводились.

Следующий вариант установки УТПП-1 был существенно модифицирован (способ и устройство защищены авторским свдцетельством-см. /5/).Основные усовершенствования сводились к следуюшецу: - была обеспечена возможность изменения-диаметра вращающегося цилиндра , что позволило пропускать по боковым поверхностям некото-

рьтй стационарной ("транзитный") расход не подвергающийся периодическим возмущениям.Таким образом, появилась возможность регулирования интенсивности периодической скоростной нестационарности;

- интенсивность турбулентности регулировалась системой пяти съемных сеток, установленных между пульсатором и измерительным участком;

- диаметр рабочего участка был увеличен с помощью безотрывного диффузора с 30 до давало возможность установки

. теплового цилиндра (диаметром Ю*Ю~\) и не принимать во внимание загромождение { 0,25) канала.

Измерены законы выроддения энергии продольной компоненты пульсации скорости в турбулизированном потоке с наложенной периодической скоростной нестационарностьр (рис.1); п£и этом отмечено,что в нестационарном потоке имеет место рост \/(Р/и при увеличении средней (во времени) скорости потока.Проведены измерения спектральных распределений и' и V - компонент пульсаций скорости как в стационарном потоке,так и при наложенной периодической нестационарное! Измерены спектральные распределения энергии продольной компоненты пульсации при варьируемой геометрии пульсатора (изменяется диаметр центрального отверстия» а диаметр цилиндра остается постоянный). При изменении геометрических размеров пульсатора происходит трансформация характерных пиков мощности: их ширина меняется, а следовательно - меняется доля энергии периодической скоростной неста-ционариости.

Обработка осциллогрзш мгновенной скорости показана, что в установке УОТ1-1 не удается получить поток с низкими (порядка десятых долей процента) значениями интенсивности турбулентности. Это обстоятельство объяснялось тем,что генерация периодических Пульсаций скорости производилась ша по потоку от места измерений, и такш образом, а поток вносились дополнительные возмущения.

Окончательный вариант установки*УТПЛ-2 (защищен авторским свидетельствои-сы. /6/)» был избавлен от указанных недостатков. Основное его отличие от первых двух модификаций установок сводилось к доцг,ч?о пульсатор располагался пине по потоку,чем рабочий участок (рис.2). Интенсивность турбулентности(вплоть до15$) задавалась одним из сьзшкх яурбулизаторов, при отсутствии которых интенсивность турбулентности ь рабочей участке (в том числе

и при наложенной периодической скоростной нестационарности) составляла поредка 0,6-0,6$. Периодическая скоростная нестационарность создавалась вследствие частичного (т.к. имелась возможность пропускать некоторый "транзитный" расход воздуха) периодического "запирания" выходного сечения установки.

Разработана новая методика разделения онергии периодической скоростной нестационарности и турбулентности в турбулиэированных потоках с наложенной периодической скоростной нестационарностыо. Предложенная схема была основана на допущенли,что любой стохастический сигнал (в тон числе и турбулентный) можно описать совокупности) гармонических функций.Таким образом, в предложенной методике скорость потока раскладывалась в ряд Яурье

IHU - А0+ Aticos , (4)

где Т - период изменения мгновенной скорости. Количество членов рада (4) определялось количеством пиков спектров мощности продольной компоненты пульсации.Полученное распределение U С * Í (си.рис.3) списывает изменение скорости уже без налокенных турбулентных пульсаций и' . Далее проводится расчет соответствующих интенсивностей по фэрцулам (1)-(3).

В качестве примера на рис.4 приведены распределения соответствующих интенсивностей при начальной интенсивности турбулентности (т.е.,в стационарном потоке) 15%. Как видно из рис.4, наложение периодической скоростной нестационарное^ приводит к увеличению суммарной возцущенности, а интенсивность турбулентности остается практически неизменно!?.

Показано,что наложение на турбулизированный поток периодических пульсация -скорости приводит к значительному (на 1-3 порядка) росту дяссипативных масштабов и турбулентной вязкости VTe/V.

В четвертой главе представлены результаты исследований сред-' него теплообмена цилиндра, поперечно обтекаемого турбулизировпнньп потоком, в число с наложенной периодической скоростной место- • циоиарностьэ. Проведены дзе серии тестовых экспериментов в стационарном турбулизированном потоке: _

- в установке УГОП-2 прм интенсивности турбулентности Ет « 0,Ш;

- в установках УТПЛ-I и УТПП-2 при более высоких значениях интенсивности турбулентности. __

Экспериментальные данные при низкой Ет располагались вокруг известной кривой Жукаускаса /В/, при повышенной- описывались уравнениями ИТТ® АН УССР /I/. Эксперименты по среднецу теплообмену на установке УТПП-1 не давали сколь-нибудь заметной интенсификации теплоотдачи цилиндра, несмотря на регистрируемый термоанемометром рост интенсивности суммарной Еозцущенности от 2,5 до I0-I2Í (рис.5).

На установке УТПП-2 была предпринята попытка проверки резонансной гипотезы турбулентности, высказанной в известной монографии Хинце /Э/ и работах Хегге-Цийнена. Согласно этой гипотезе,при числах Струхаля, близких к 0,2 (или кратных ему), следует ожидать усиления частот отрыва вихрей в кормовой области цилиндра. В настоящих экспериментах исследовался диапазон (+10+ -20)$ Sho=0,2 .Результаты проведенных экспериментов показали,что в области резонансных чисел Струхаля не наблюдается сколь-нибудь заметной интенсификации теплоотдачи. Наши выводы подтверждают результаты работы /10/, в которой были проведены многочисленные (до 200) измерения энергетических спектров в ближнем следе за цилиндром. При этом не было замечено никакого избирательного усиления турбулентных пульсаций на частоте, близкой к частоте Струхаля,а следовательно, и усиления теплоотдачи в кормовой области !цилиндра.

Проведенные тепловые опыты при налохсен^й периодической скоростной нестационарности в устаноске УТПП-2 показали.что интенсификации теплоотдачи цилиндра не наблюдается.несмотря на регистрируемый терыоЕнеыометром рост Ес до 26-206, Это обстоятельстве еще раз демонстрирует недостаточность учёта в крйтериальных уравнениях для расчета геплоогдачи Ее и необходимость введения в них масштабного фактора.

Для этого может быть использована,разработанная в 1ГГТФ ÁH УССР,схема расчета процессов переноса в турбулизированных течениях.Основные положения этой схемы можно кратко свести к еле- 1 дующему: . . •

- процессы теплообмена определяются переносными свойствами внешнего потока," зависящими как от его степени турбулентности , так и от характерного турбулентного масштаба; , ,

- оба этих фактора определяют турбулентную вязкость внешнего потока "^Тсд , величина которой снижается по мер© приближения к обтекаемой поверхности. Учет этого явления осуществляется с помощью эмпирической поправочной функции:

/ V ^ М 1ц /0 ),

где - турбулентная вязкость на внешней границе погранично-кого слоя; - продольный диссипативннй масштаб продоль-

ной компоненте пульсации скорости; 6" - толщша погрэяичного слоя.

Поскольку диапазон изменения 1-ц/б в настоящей работе значительно превьшал значения,для которых: шелись аппробированныв за-висимост»! ИТТФ АН УССР (в настоящей работе .падения комплекса 1|}/б доходили до 66000), была предложена новая омпирическая формула

К, - 1 /ехр (0.3 ♦ - 04^0.1 Г*), (5)

где ^»1дИ|1/5)-0.1'.

Зависимость (5) с точностью до +102 списывала как настоящие опытные данные,так и данные ИПФ АН УССР (см. /1/,/П/).

Разработана схема определения сродней теплоотдачи поперечно обтекаемого цинагдра на основе двучленной зависимости для лобовой ( У-0-90°) и кормовой (У =90-180°'; его частей.При таком подходе уравнение подобия могкно записать в видо

^ = 0,45 ♦

(6.)

При этом коэффициент интенсификации теплоотдачи на лобовой поверхности можно определить из выражения /I/:

£тЛ~ 1 +08 НМД 075^3^-1!)

где 10,7 •

Реэф8 = ^тт) :(7а)

Коэффициент интенсификации теплоотдачи на кормовой поверхности эпределяется характеристиками следа /I/:

еТк = 1^ас5 ¡^тег/^тосл), са)

где турбулентная вязкость в следе

В последней формуле: q - коэффициент оагроыовдения канала;

В - полуширина следа; d --диаметр цилиндра.;"' ;

lia рис.6 представлены, полученные экспериментальные данныз гр теплоотдаче цилиндра, обтекаемого сгацконарньа и нестационарным потоками при различных интонсишюстях начальноГС(т.о. при неподвижном пульсатора) турбулентности. Хорошо екдно,что налоке-нив периодической скоростной настециоцаршстй-н слодуоаое за этшл значительное (до 2S-2SÎ) повышение интенсивности cyuuapuoti вош^у-щеммос^н- не приводит к, сколь-нибудь заиежой интенсгфасацин. теплоотдачи. Полуцашшз данные аппрокешкровшад заскгншатЁш (6); при аром отадонснио oï известит аасиккосгей шща ttj^ (Rç$,.§j| (для cooTb.sïcï'ByDsii;: кнтшвваноствй' хур^яонкерег'п)• еэстевляло лишь, 2-3$. -Два сравнения на piic.6 нанесены гакгс рагчаяше вави-' сныос.ти. NUfj «OjSsRe^5 для EC=26;Î, Bsyysô,чго npft рассог-

ласование расчся» а эксперимента для нестационарного штока достигает 1005ь.

На рис.? представлено с равнение экспериментальных и расчетных зкачзнкй (по<уравнениям (6)-(8)) теплоотдачи ¡mi; с стационарное турбулизировашок потоке,так и при наязкешкх шриодичесшга пульсациях скорости. Как видно из рисунке, разчеткда г, опнтнне значения согласуйте« с точностью до 15$, чча гоьорг.г о ко^-рсг-тносгн предложенной схсш расчета.

вывода.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводи:

I. Разработан способ и экспершентальнно установки для его ссу-шествления,зещщеинчо свидетельствами об изобритениях (см. /5/,/б/), лсзволязопиП в лабораторных условиях получить турбу-лизи'рсвантга потоки с наложенной периодической скоростной нестационарностью и обеспечить при этом независимое регулирование интенсигнсстей обоих указанных факторов. Э. Показано,что наложение на турбулизированный поток низкочастотной периодической,скоростной нестационарности, несмотря'на значительнее (до 30 раз) увеличение интенсивности суммарной'воз-ценности, не приводит к сколь-нибудь заметной кнтеисификацян теплоотдачи,Возможно,что при наложении высокачастотних пульса. цнй, Ештенсйфикация будет.иметь место.

3. Предяожгиная физическая модель, объясняющая это явленпе тем,что при иалежгяия на турбулкэпрозанный поток пвриодичсско?} спорсст- '

: .. ной нестацлонарности значительно (на 1-3 порядка) увеличивается :характериь.'э масштабы зурбулентностн а '¡урбулептная вязкость. Первое обстоятельство прйаодит к сильному затухании турбулентной вязисстя по мере приближения и поворятсстн тола а саодоватоль-но, к отсутствию ет1тенсп$якации. ■ " .<

4. Разроботглэ глетод.чкэ расчета теплоотдачи в. турбулизорезанных по, токах с наложенной периодической скоростной нестацяоиарностьо,

аппробпросанноя в работе иа примере поперечно обтекаемого.цилиндра, для :сотс'рого расчет теплоотдачи пежно проводить по фор.чуяам ' (б)-{8). ' .

5." Разработана истсдаха разделения энергий периодической скорсст-

: ной исстдцлс.чарнсстн я собственно турбулентности в турбулкзнро-. ванных потеках»6 периодттескоЯ скоростной нестецнонарностыо, • основанная на разложении мгновенных значения скорость в ряд 5урье . (зависимость (4)). Расчет соответствующих зноргий иоето проео-дить по. формулам (1)~(3). • б»./ Показано5что г уравнениях подобия для расчета теплоотдачи:необходимо учятнзять" характерный масштаб турбулентности. При этом уменьшение турбулентной вязкости по ;ягро приближения к теплоот-

к

дашей поверхности можно рассчитать по полученной в работа форцуле (5).

7. Результаты :?астокцего исследования использовались.при проведении прооктно-конструкторских и наладочных разработок системы сбросных трубопроводов на Рованской АХ.

Основные результаты работы опубликованы в:

1. Дпатян Р.'¿.Определенно составляющих суммарной энергии в турбу-• яизированных потопах с наложенной периодической нестационарностью // Актуальные вопросы теплофизшппш физической гвдрога-

.' зодинаыики.-Но восибирек:ИТ СО АН СССР,1991.-С.221-222.

2. Диатян Р.З.Нокоторь'з особенности измерения гидродинамических характеристик и спектров мощности в турбулизированноы нестационарной потоке/Дктуальные вопросы теплофизики и физической гидро-гезодипаыики.-Новосибирск:ИТ СО АН СССР Д9Ю.-С, 61-82,

3. Заявка Р4507205 /2Э от 23.11.88г.,на которую получено положительное решение о выдаче А.с. от 30.10.8Эг.

4. . Заявка4 i?48II56I29 or 9.04.90г., на котоууь подучено положитель-

ное решение о выдаче А.с. от 27.05.91 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. ДыбанЕ.П.,3я1'к Э.Я.Теплообмзн к гидродинамика турбулизнровелных потоков.-К.: Наук, ду шщ, 19® .-2? бс.

2. Pricfcjy W.,Bayley F .Heat transfer to turbine blading//Heat and Mass Trans. Rotat. Mach.-Be rl ..Wash. - 1Ш4. - P. 42 7- 438.

3. Дыбан Е.П..Курсш В.Д.Теплоотдача на входной кромке турбинной лопатки //Теплофизика и теплотехника.-1963.-Вып.15.-С.36-39.

4. Эпик Э.Я.,Курош В.Д.О влиянии турбулентности потока на теплообмен в проточной части турбомашн//Гаи х;е.-СЛ20-124.

5. Заявка M607205/S от 23.11.88 г.,на которую получено положительное решение о выдаче А.с. от 30.10.89 г.

6. Заявка !,■ 48II58I29 от 9.04.90 г., не которую подучено положительно© решение о ввдаче А.с. от 27.05.91 г.

7. Днбаа E.II. ,Эпик Э.Я. «Козлова Л.Г.Теплообыс-н и гидродинамика кругового цилиндра.поперечно обтекаемого турбулйзироваякыу воздушным по?оком//Тешю- н маесоперенос.Минск:ИГ КО АН БССР,-

- 1972.^1,4.3,- С.222-226. ,

3. Дукаускас А.А.Конвективный перекос в теплообменниках.-II: Наука» 1982.-472с.

Э. Хинца И.О.ЧУрбулвнтность, ев механизм я теория.41.:ФнзиатгйЗ> 1963.-680 с.

10. ^да^кдар,Дуглас.Экспершентальная проверка резонансной тоорап ■¿урфлентности //Геор.основы инз.расчетов.-Г974г9в».Р2.-С. 164-165. -

11. Срядозн Э.А.Численное шдвлкровелпе процессов теплопереноса теплоты п гтлпульса в пркс?енныэс пограничных слоях турбулпзяроватгах потокоз //Д.тсс. ...канд.техн.-Пиев.-1988.-196с.

о4

О

I '

Цм/с

РК5. Г.йзиояеппо ОТКОСПТОЛШОЯ ПрШЬПОЙ ЕОМЗОасПЙ! пузьеацяа э отацгопзртеи (I} пзтопв я ггра сотого сзц-илягрЗ ояоргти 0,3 Гц (2 ) Гц 13) п 68 Гц (4 ! э узтапасзо УШМ.

Pis-: ,8» йс^а.эдхггй äcuu ¿c*-. «urra

ТСЛ Г; ,9~!)^:ГЛ1ШТ£ЛЬ.

Ц[М_

,,vüit) J^

/ tt'fW

»,

í

саг. есэрогпоа поокц^з^азсио»

ше гэтенсягпевгоз еугатрюя погнало 'iTIÏÏÎ-

} S., I 2 ) и тярбуяшшхс?;«

<

'л

П к/ ,

I .з з »

' £ I i

9 i Л>

■Y

Й*1_

í-S

-V"

4 6 3^ г

. Rea

es«*

Ряз.б.СродагА зсгдообг-зсп цпяодр з устгшсвко ЗШМ» 1 - f о о , V f « 3,3 Гц ■

» 3-СЛ 3 ,3-50 Гц 14,5-7,22) ,4- СО Гц (б-КЗ) , Т-Яи0«.й262ПзТляя Л/.

о-

РКз.7.С„£Шс;'.:;э ешюркыедглльишс и расчепая рртых вз срод-кэму тсшгаобиеиу цилиндра с установка УТПП-2Л-отациокер-UtfâJWîoiî,2-чоаго-га осцилляция скорости 20 Гц (турбулизатср |?1-Ет»3% i ;3,4-к> во дгя турбулкзатора №2 ( Es о I5S6 ) .