Экспериментальные исследования воздействия внешнего акустического поля на гидродинамические характеристики и теплообмен в отрывном течении тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и орлена Трудового Красного Знэнени Государственный Технический Университет имени Н.ЭБэунзпа

РГ6 о ~~ :

На правах рукописи

2 1 ДР 1994 т 5зб..?4

Вочкпнов Сергей Юрьевич

ЭШГСРШШТЛЛЫШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОИЛЕЙСТВИЯ ВНЕШНЕГО АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЛ НА ПШ'ОЛгаШШЕСШТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕПЛООБМЕН В ОТРЫВНОМ ТЕЧЕНИИ

01.04.14 - Теплофизика и молекулярная физика

Автореферат этк^оэртацшт на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва 1994

Р&оота выполнена в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зиаиени Государственном Техническом Университете икон и Н. Э. Баумана.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Е. В. Шишов /;

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В. И. Солонин .

кандидат технических наук, ;

доцент В. и. Белов |

Ведущал организация: ИВТАН

Защита диссертации состоится 1994 г. б /^_час.

на заседании ■ специализированного Совета К.053.Т5.0Ь при Нооковском Государственном Техническом Университете им. Н.ЭБаумава по адресу: 107005, г. Москва, Лефортовская наб., д. I

ф-:Т "Энергомашиностроение"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экз., заверенный печатью,

просим выслать по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н.ЭБауыана, ученому секретарю специализированного Совета К 053.15.08

"Автореферат разослан " /".^¿лгугг^ 1994 г.

¡7

Ученый секретарь

сцеиализированного Совета > г\

к.т.н., доцент ' \0 ЮД-Кутуков

т

Подл, к печ. 14* Заказ ЬЪ Объан I и.л. Тир. ЮОэкз.

Типография Ж'ТУ нн. Н.Э.Еаумана

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность____работа. Современное энергомашиностроение

характеризуется, прежде всего, увеличением мощности энергетических установок. В связи с этим проблема повышения эффективности теплообменных аппаратов, связанная с решением вопросов интенсификации процессов теплообмена, является чрезвычайно актуальной.

В ходе проектирования и эксплуатации энергоустановок, вшшанле исследователей было привлечено к отрывкнн течениям, в которых реализуются иные соотношения между количеством отводимого тепла и потерями на прокачку теплоносителя, чен на гладкой поверхности.

Оказалось, что характеристиками отрывных течений можно управлять, воздействуя на когерентные вихревые структур« (КС), образующиеся в слоях смепепия н в значительной степени определявшие их развитие.

Одним то методов воздействия на КС, а следовательно п на эффективность теплообменник аппаратов является акустическое воздействие САВ). Таким образом, исследования АВ на теплоотдачу и гидродинамические характеристики отрывных течений являются важными и актуальными для различпых областей техники.

1 Цель работы. Экспериментально исследовать влияние внешнего акустического поля на процессы переноса теплоты п импульса в отрывном течении. На основе полученных данных создать физическую модель воздействия звукового поля на теплообмен -и трение в рециркуляционной области.

Научная новизна. Впервые получены экспериментальные данные по воздействию звука на коэффициент трения на стенке, распреде петая коэффициентов корреляций Пц, ., ГЬ^тр и др., турбулентного теплового потока и турбулентного числа Прандтля в сечении отрывной области за обратным уступом. Впервые построены раопрелеления отдельных с .стэвлявшци: транспортных урагнэний тугбулентчсоти в рециркуляционной зоне при наличии АВ. Предложена Физическая модель воздействия внешнего звукового поля на т<>п.':ог,бмен и трение на стенке в отрывной области.

Нра.к?'ичеока.л ценность. Экспериментальные результаты, полученные в настоящей работе могут быть использованы при

1-«~'шрсвааса кагекаш'хееюх коделеЕ, ушивашггд оло^ш« вшгрвзой характер ¡рьалазукцсгсся ири отриве потока течения. Предложенная фпздч-'жал иодель позволяет описать нодашт ьитецодфзкшцщ •ш)лшшаа. при АВ в различных отриьншг течения.,-:. Полученные ^исийраиеигалыше дашшо легли в основу критериалыис: оосбцапиП, ¡.ин/ряе чогуг бить ьоясаьзоЕанн б Еахеие-рпях р-счетах.

Д.".г.рглЬлгчя рабоги ■ Основный результаты к положения работы доклшшшюь на IX шсоле-сешшаре колодыг ученых к спедааллстоз "Склрекакпае прсблаш геводишависх и теалоцасоооОаепа п пути иоышешш ¡эффективности бцергетанаохзи установок" Шосква, 19933 и ьз> ту чио-тегныческол сешшаре кгфедры "Теоретические оожиа тся'логчгкиика" ШГТУ ииЛ.8Лзауиана, 19Э2).

Иубдтсаича. По результата!! ироведеины;»' каследсвьшШ сиублшсоьано 3 печатных ' работы, оды кодолюо&иы в 4 иаучио-техиичесгаа отчетах по госбюджетный тепш.

С.'рук'лгра И обьсп рдбо»-;|. Дасоертоциончая работа состоят вз »^м-дешя, кяги глав, еш.одсз к стока литератур!!. Но объс.ау ¡'илли состоит из 60 сгришц иааашстсисго текста, по Р:>суикш, Свблксгрсф*« насчитывает 120 наименовании.

СОДКРЕАНПЕ РАБОТЫ.

Во щ;»дешм обоснована актуальность исследуемого вопроса, офсри улироваии цели исследования и ьеречисльии ооиовние по посхсыия, шиосаше ьзтороы на задьту.

Г. перпоИ главо дай краткий обзор исследований управления гидродинамическими характеристиками и теплообменом в различных сдвиговых течениях при поыоци акустического воздействия. Заключает главу постановка задачи исследования.

}Ьвесгно, что авшиее звуковое поле* определенной частота способно воздействовать на гидрюдинаиические характеристики различных течений-Наиболее распространенный объектом исследования воздействия акуотическшс полей' являются струйные точения. Во цнопи работах показано, что воздействие на частотах 5Ь'0,2...0,5 приводит к существенному увеличении скорости смешения струи, увеличению угла раскрытия, уровня турбулентности возбужденной звукои струи и заыетноыу изменению звукового ноля струи.

Попытки объяснения механизма воздействия звука на

гадроотрлтгпгу сгру: 6:irn олздг.иа р-алтгаг.чш псслеяетатйл-пгд. Окспераноптальяые наблюдения Власова и Гтоевского п результата теорэтачоского эпадвза Сгмкокса л Хоглучда привели автора» к схопш к:воггл. Сил предположили, что воздействие звуксвчч по лен внзквяет резопппепоэ взэинодеГ.стЕзз акустического и глдродинакпчоокого полеЛ. Относительное положение в энергетячеокоч спектре спзре.1, о котортшп проаохоапт прячоз взаяиопгЗптзие, определяет zaprutrep АВ ка аяроет:' теичостм тараггергггтякя струн.

. Аналогично струйным течениям реапрутат па АВ и другие олгагозке тетегия. Згогтелыюе чаохо зкепэряиепталышх рябот воезлаепо гоучавта АВ па рпзляяпив отрывные течения. Пх результаты сп «мгальстауют о том, что внеинпе звуковые поля опособетвупт росту вплревчх структур в сдвиговом слое, что, а своп очередь, приводит :с упепьпевпю протяженности отрнвиоч области плп лекэлдалппя глобально го отрава, а пак следствие, нзпененпв распределения давления по поверхности я уненшешга правильного сопротивления.

Как покачала, в частности, Тротт с соавторами . в 'серии работ, посвященных исследовании КС п <\В т!а отрывное течение за обратным уступом, наложение звука на частоте Sh-"=Û,2 приводит к регуляризации КС, что проявляется в появлении локального максимума на спектре пульсаций скорости в слое смешения. Именно регуляризация вихревых структур и интенсификация пх роста, по мнению авторов, приводят к изменению характеристик течения.

Вопросу о влиянии звука на теплообмен посвящено значительно . мепьиее количество работ. В болъшшетве таких исследований эффект воздействия получали за счет создания мощными высокочастотными звуковтгаи полями вторичннх термоакустических течений, интенсифицирующих теплоотдачу. Механизм таких процессов выхолит за ранга настоящего исследования, поэтому рассмотрена легль работы, в которых изменение теплоотдачи но лучено воздействием иа когерентные структуры.

Гак, в некоторых исолелованиях била отмечена интеновфикаглн теплоотдачи при воздействии акустическим полем на поток, обтекащий поверхности типа конуоа, усеченного конуса, поверхности о регулярными структурами типа ребер.

Наиболее подробно влияние внука нв теплообмен в отрывных

Я

течениях изучено в сершх работ Уэлша, Купера, Хормгаыа и др. Ь качестве ноделыюго они используют отрывыае течение на плоских пластинах с. прямоугольными кромками. Авторы отмечают синхронизацию схода вихрей, уменьшение отрывного пузыря при ыалохенин акустического поля на частоте схода вихрей. Эго сопровождается {»стой как локального коэффициента теплоотдачи, так и его.среднего значения - до 10% на длинной пластине.

На основании изучения и анализа литературных источников можно сделать вывод, что на сегодняшний день отсутствуют экспериментальные данные по влиянии АВ на коэффициенты корреляции и другие характеристики турбулентности, определяющие структуру процессов переноса и являющееся основой для создания более совершенных расчетных моделей. Остаются невыясненными вопросы о воздействии звука на процессы турбулентного переноса, на теплообмен и тренде на стенке в рециркуляционной . области. Таким образом, задачами настоящего исследования являются:

1. Получить новые экспериментальные данные по акустическому воздействию на процессы переноса импульса и тепла, коэффициенты корреляции, спектральные распределения пульсационкых величин, другие локальные и средние параметры температурного и гидродинамического полей в рециркуляционной зоне за обратным уступом.

2. На основании анализа полученных данных предложить физическую модель влияния акустического поля на теплообмен и трение в отрывной области.

3. Выявить влияние параметров звукового поля и характеристик течения на эффективность АВ и получить критериальные обобщения для .инженерных расчетов.

4. Проиллюстрировать полученные выводы результатами исследования влияние звука на модель теплообмешшго устройства.

Вторая глава содержит описание методики экспериментальных исследований и обработки опытных данных. В главе дано описание экспериментальной установки, рабочего участка, системы измерения, проводится анализ погрешностей измерения.

Исследования проведены в ЫГТУ им. Н.ЭБаумана на дозвуковой аэродинамической трубе открытого типа с рабочей. частью размерами 300*500х300р мы. Рабочий участок представляет собой переднюю стенку трубы и состоит из двух плит, установленных встык и

формирующих обратный уступ высотой 30 мм. Конструкция нагреваемой нижней по потоку плиты позволяет установить произвольный закон изменения температуры стенки по длине плиты..

Измерения температуры и давления на стенке производились соответственно термопарами и отверстиями отбора статического давления.

Экспериментальные исследования проводились с помощи., комплекта термоанемометрической аппаратуры ока-ББм.

Для измерений средних и пульсационных характеристик течения использовались стандартные одно- и двухниточные датчики. Корреляционные исследования - проводились при помощи комбинированного трехниточного датчика.

Коэффициенты поверхностного трения и теплоотдачи 'определялись по соответствующим распределениям скорости и температуры вблизи стенки.

Исследования влияния звука на теплоотдачу ■и сопротивление теплообменного устройства проводились на специально изготовленной модели компактного теплообменника, состоящей из трех рядов круглых цилиндров, поперечно обтекаемых воздушным потоком. Исследовались модели с продольными шагани а /¿=1,3 и а /¿»2,0.

Давление на поверхности цилиндров замерялось отверстием отбора давления. Изменение коэффициента теплоотдачи принималось обратно пропорциональным изменению температуры поверхности, измеряемой термопарой. Для уменьшения погрешностей экспериментов все измерения проводились о одного установа и обрабатывались в безразмерном виде.

Проведенный анализ погрешностей измерений показал хорошее соответствие с общепринятыми значениями для аналогичных термоанемометрических исследований.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований ' воздействия ' впешнего акустического поля на гидродинамические характеристики и теплообмен в рециркуляционной области течения за обратным уступом. •

Эксперименты проводились при развитом турбулентном режиме течения в по1раничном слое перед отрывом СЕе4=3,87-10'*).

Подбор частота звукового воздействия проводился на основе анализа спектральных измерений. Воздействие на частоте максимума кривой спектрального распределения пульсаций скорости в слое

б

.ыыаешш Csh-ОДбЛ соответствующей периоду прохождения КО, привело к по.чвленши пика на етой частоте, свидетельствующего о регуляризации ЕС ipiic.I). Креме того, АВ привело к исчезновении идеального максимума на частоте пульсаций области присоединения, но свидетельствует о ее стабилизации.

lia рис.2 представлены профили продольной и поиеречной пульсаций скорости и пульсаций температуры в сечении отрывной .лш. Из графиков видно, что наложение звукового поля нриводит к [«cry уровня пульсаций в слое смешения.

На рио.З показаны распределения коэффициента давленая Ср и перепада температур atw по длине пластины за уступом. При наложении звука происходит увеличение давления в области присоединения и его уменьшение в отрывной области. По смещении ьшкенмуыа давления можно легко определить изменение длины рециркуляционной зоны - она уменьшается примерно на 9% при уровне ■тукового давления 1*120 дБ.

Температура стенки за уступом без АВ устанавливалась постоянной. При неизменной мощности нагрева наложение звука приводило к уменьшению температуры стенки внутри отрывной зоны, что соответствует увеличению коэффициента теплоотдачи (на 15..Л8%) и увеличению температуры , стенки, а соответственно, уменьшению коэффициента теплоотдачи Сна 4...5%) вне ее.

'Этот вывод подтверждают и распределения локального коэффициента теплоотдачи Nu Cpitc.4). Как следует из рисунка, локальный коэффициент теплоотдачи в рециркуляционной области увеличивается Сдо 40%) при наложении внешнего звукового поля.

На рис.4 представлены также распределения коэффициента поверхностного трения с(. Эти графики свидетельствуют о том, что при АВ трение на стенке в рециркуляционной области уменьшается.

Более наглядно влияние звука на распределения с , Cf и Nu может быть показано, если в качестве характерного размера использовать длину повторного присоединения xR Срис.51

На рис.6 представлены распределения коэффициентов корреляций k—г^., R^—. без АВ и при наложении звукового поля. Под его воздействием R^—. и R^-t-j. уменьшаются, a R-p-^. растет в области рециркуляции л в низко-скоростной части слоя смешения.

Полученные экспериментальные данные по распределению пульсаций скорости и температуры, а ' также коэффициентов

корреляций позволили определить величины турбулентных напряжении сдвига, турбулентного теплового потока, внергии турбулентности и турбулентного числа Прандтля в сечении рециркуляционной зотн С рис.7). Из рисунка следует, что АВ приводит к увеличению ввергни турбулентности и турбулентного теплового потока в об'.асш рециркуляции и в слое смешения, уменьшению турбулентна напряжений сдвига в области возвратного течения и их увеличению п верхней часта рецирку.шпшопнсй зоны и в слое смешения.

Таким образом, в области возвратного течения при ЛИ происходит интенсификация теплообмена при одновременном снижении сдвиговых напряжений. На интенсификацию теплообмена в пристеночной области указывает и снижение турбулентного чио :т Прантггдя Срио.7). Зти выводи находятся в полном соответствии о результатами измерений На и С{, а также о результатами друпи авторов.

Влияние звука на механизмы переноса за уступом тгчяпнч появляются при анализе построениях по экспериментальны'! ляннш» распределений <л\пепьннх состав ляющия транспортных урапнтпЯ турбулентных характеристик.

Подобные распределения бея АВ были получены некоторынп последователями. Балансы турбулентнил характеристик при АН приводятся в настоящем исопелоеании впервые.

Для случая чау я мерного течет» ч тряноис-ртияв урч»н<-ггия гн>пп бнть з&циганн следующим образом:

балансовое уравнение оперши турбулентное га:

э

тг

¿X

Щ " ( ;'у 4 к )и"'

4

Г5

О р' и*

_ ( __ , ву, ) + С ;

Л р ' V '

балансовое уравнение турбулентных сдвиговые нацрятеяпй:

1 2

3

;гг I 1Г • I "V I ц' -у- - — I ТГ—

[н «'у <'х р i <*у

балансовое уравнение "энергии" температурных пульсаций:

ав > вв • ~ _ат _ат в _ а _

- балансовое уравнение турбулентного теплового потока:

_ 1 __г

дм'в' дч'Ъ' Г _эт _дт _ау _ву

и -ЗГ- * V

д-А ду

а

_V1 VI _«V и у

-и'у'^ - - - у-е.^ ]

I ев' , ди'у'в' "е' 1 Зр>е>

Р'Зу- I

Р ^У I вХ ву р &У J

В атак уравнениях члены 1 характеризуют конвективный перенос осредненным течением, члены г - "генерации, э и * _ диффузионный перенос, = - скорость диссипации и молекулярный перенос, « члепы "перераспределения" Си другие члены, содержащие пульсации давления) не измерялись.

Результаты экспериментов, приведенные к безразмерному виду с помощью масштабов н, ио, ДТж, показаны на рис.8-11.

Из полученных графиков видно, что в отрывном течении значительную роль играет диффузионный перенос, в частности в пристеночной области, где "генерация" турбулентности, напротив, пренебрежимо мала, так что условие равновесия в этой области не выполняется. Роль "конвекции" в рециркуляционной зоне невелика. Максимумы "диффузии" и "генерации" приходятся на область сдвигового течения. Кроме того, в балансах "энергии" температурных пульсаций и турбулентного теплового потока имеют еще один максимум "генерации" вблизи стенки.

Влияние АВ проявляется в наибольшей степени на членах "диффузии" и "генерации". Отчасти это обусловлено, по-видимому, изменением длины области рециркуляции. Влияние АВ на "конвекцию" невелико, а на диссипации - пренебрежимо мало. В. последнем случае это можно объяснить различием масштабов КС и мелкомасштабных вихрей.

На основе полученных экспериментальных данных можно предложить физическую модель воздействия внешнего звукового поля на теплообмен и трение в рециркуляционной области течения за обратным уступом.

Наложение акустического поля на частоте прохождния КС

г

э

регуляризирует процессы образования КС в сдвиговом слое и интенсифицирует процессы их роста и слияния.

Более крупные и "энергичные" ■ КС в меньшей степени поглощаются рециркуляционным вихрем, уменьшая тем самым его подпитку. Давление внутри отрывной зоны падает и еедлина уменьшается. Пульсации области повторного присоединения являются характерной чертой отрывного течения без АБ в силу квазистационарноста процесса возникновения КС. Наложение звука организует вихри и положение области присоединения стабилизируется.

Уменьшение длины отрывной зоны и, соответственно, увеличение угла натеканил оторвавшегося потока на стенку, а также стабилизация положения области присоединения, приводят к увеличению коэффициента теплоотдачи в области присоединения и по длине всей рециркуляционной зоны и его относительному уменьшению за точкой присоединения "короткой" зоны.

"Проскакивание" вихрей и уменьшение их поглощения рециркуляционным вихрем приводят к уменьшению уровня напряжений Рейнольдса в зоне возвратного течения вблизи стенки и, соответственно, к уменьшению трения на стенке. В верхней части рециркуляционной зоны АВ вызывает интенсификацию роста КС и, соответсвенно, увеличению уровня напряжений Рейнольдса.

Таким образом, именно процесс взаимодействия внешнего акустического поля с КС сдвигового слоя определяет воздействие звука на трение и теплообмен в отрывной области. Предложенная физическая модель полностью соответствует результатам' экспериментальных наблюдений настоящего исследования и других авторов.

В четвертой главе пре д ставлены результаты исследований влияния параметров акустического поля на эффективность воздействия, которые были использованы для получения критериальных соотношений и предложен инженерный нетод расчета теплоотдачи и длины отрывной области при АВ.

Имеющиеся в литературе и полученные в настоящем исследовании экспериментальные данные по влиянию АВ на коэффициент теплоотдачи в области присоединения и длину отрывной зоны могут быть обобщены следующими простыми зависимостями:

Ни*/Ми - 0,0112 Слв')°'* Спвн501;

(хк- х£>/х„« М-НГСЛя')0-7 (Квя)°'в

-где Ие' - пульсационное число Рейнольдса, подсчитанное ш)В«личине амплитуды пульсаций давления в звуковой волне, а 'значком * отмечены параметры при АВ.

В диапазоне изменения уровня звукового давления 1,=95...125дБ эти соотношения дают хорошее совпадение с' экспериментальными данннми.

Длину отрывной зоны и коэффициент теплоотдачи в области присоединения Ни ' можно определить используя обобщения, предложенные ¡'рабарником лля течения за обратным уступом: I - О.О160х2Л4 /и - I) + 0.13х„,

Нин= 1.3 гт,'эЪ5°-вСхр/нТ5'в

-где а,- толщина предотрнвного пограничного слоя.

Весьма интересные результаты получаются при использовании в Качества ларякгерного размера при вычислении чисел Ни и Ие длины г/г/«иной зоны хр. В атом случае результаты настоящего и-'Следования и данннч других авторов можно обобщить следующей :<Э£И>;ИМРСТЬ» г рис.121:

Ни = 0.ГГ7 Ле3'76.

« ' г.

П.. лучешюе соо'гномсние практически совпадает с зависимостья1, ¡ычучешюй Кгавхериавом для невозыущмшото отрывного течения:

Подобная зависимость отражает оба фактора, проявляющиеся при ЛИ: 'и лменьни". длина отрывной зоны и пг-мененве теплоотдачи. Это п-' 'дни пример уиидороильности х как масштаба, дающего более И-.ГЛПДН1Л представление ак'-перинент»м.ккк результата).

п/ггоП гл;н)С представлены результат» ыкцрряиентаяышх ¡к.;;п ;:'.'ыани(1 вспдс.ботм тювлего звукового пол,: да теплоотдачу и •'^.•типпекао м^д-г.чи компактного теплообийпвшса

Чэ ряп.К! «•¡к-пгшы распред«!И:на-1 коаффиппени мвм.пял <;. и г.:.:».;'« н;1,1-пт.? Т'=пл> юг дачи «. нормирование«» зк-И'.нпем кмм^финиента Т:чг; л.тдачи в лг-боеой точке без АВ для троп его рада модели.

'¡•,д; Г'Л1;.'!1.:|'РМ[ .звуком на час'«!б ЯпЧ),2 тчмвяиют сметь.»!!'". Г:-;-) Г Ц.Л№КП,' Г<-гбДЬС1$9ПС1$е О») ОГКЛСЯ»Т>ПИ (}Л'>Я стчснмл. ч,- ¡о:'.-,. ЛР- гл'И. олрт к удездяечиш шчклнлчмг . а значи с г.

г,

:1.\' -.-Г«'' Г:.-!.р".'1НГ.< ГНИЛ Г.»'..Ц>П(Л>'.." (Ыр.ИЫср'Ы Пй НТО.

Влияние звука на теплоотдачу проявляется, в основном в области натекаяия на цилиндр слоя смешения с предыдущего ряда. Кроме того, происходит некоторое увеличение теплоотдачи в кормовой области. В среднем по поверхности теплоотдача возрастает на 3...4Х хотя зти данные занижены примерно вдвое го га неточности воссоздания условий обтекания.

Для модели с большим продольным шагом влияние звука выражено слабее.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Проведены экспериментальные исследования влияния акустического поля на гидродинамические характеристики и теплообмен в отрывном течепни за обратным уступом. Показано, что это влияние обусловлено взаимодействием звука о крупномасштабными вихревыми структурами слоя смешения.

2. Впервые получены экспериментальные данные по влиянию звука на трение на стенке в рециркуляционной зоне за обратным уступом. Данные по влиянии звука на теплообмен в отрывной области соответствуют результатам других авторов.

3. Наложение звукового поля на частоте прохождения КС (ЗЪ*Ю,16) приводит к интенсификации турбулентного переноса тепла и возрастанию коэффициента теплоотдачи в рециркуляционной области, а также к снижению турбулентных, напряжений сдвига в пристеночной области и уменьшении трения на стенке.

4. Впервые получены экспериментальные данные . по акустическому воздействию на коэффициенты корреляции и^Г^-» п777'» %^1v^ и лР-> определяющие структуру процессов переноса в рециркуляционной, зоне.

б. На основе полученных экспериментальных данных по распределению средних и пульсациоиных величин гидродинамического и температурного полей, а также коэффициентов корреляции были впервые построены балансы энергии турбулентности, напряжений Рейнольдса, турбулентного теплового потока и пульсаций температуры при акустическом воздействии.

6. Наибольшее воздействие ' звук оказывает на члены "генерации" и "диффузии".

7. Предложена физическая модель воздействия внешнего

акустического поля на теплообмен и трение на. стенке в рециркуляционном течении за обратным уступом.

В. На основе получения экспериментальных результатов получены простые критериальные обобщения для оценочного расчета влияния звука на теплоотдачу в области присоединения и длину повторного присоединения.

9. Длина отрывной области является универсальным масштабом как -для невозмущенного течения, так и при акустическом воздействии.

10. Получены экспериментальные данные по воздействию звука на теплоотдачу и сопротивление модели компактного теплообменника. Наложение звука с частотой равной частоте отрыва вихрей приводит к росту локального коэффициента теплоотдачи для трубы глубинного ряда до 20% и среднего'- на 3...4% при одновременном снижении сопротивления на 12...1Б% даже при небольших уровнях звукового давления Сдо 120дЕХ

11. Акустическое воздействие более эффективно для компактных теплообменников, отрывные зоны в которых интенсивно взаимодействуют со следующим рядом.

Публикации по теме диссертации:

1. Шитов ЕЗ., Вечканов . С-Ю., Захаров А.О. Воздействие внешнего акустического поля нэ теплообмен в рециркуляционной зоне за обратным уступом /У Вестник МГТУ. Машиностроение -1993.

К I. -С. 73 - 77. '■'..•'.

2. Вечканов. СЮ. Экспериментальные исследования гностического воздействия на турбулентные отрывные течения // Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути, повышения эффективности энергоустановок. -Тезисы докладов IX. школы-семинара молодых ученых и специалистов -М.: 1993. -С. 7.

3. Шншоб Е.В., Еечканов- СЖ Экспериментальные исследования Ы'д--¡ктБИЯ звука на теплообмен и трение в турбулентных огршлшх течениях /У Известия ВУЗов. Малшиостроение-1993. .2.

№ .. и>. " : '

на схех рнтш ■ ■ есз ди 0-Л-П-7-- Л6'

Е'ие. 1. Спектральное распределение пульсации скорости в слое смешения за обратим уступом. х/Н=6; уЛ1=0,3.

I

и

05 0

п •л

г "У

й-

.т

-О,

а

А*0-

А

'ХУ

%

л п

ГТ>

• -V J

Щ

/(У»

¿1:

Ж!*

'ЖГ0-*

О

8-

±

«о

оо-дТж я д - С»

лИ/ТМ,

О ¡М 0,2 0,3 и,^ о 0,1 ОД ¡и и7 о 13Л ОА 05 ОЛ ЛТ*

а). 61 • в).

Рис. 2. Профили продольной СаЗ н поперечной Сб) пульсация скорости и пульсаций температуры Св). х/Н=5.

С,-«?

5

2 О -2 -4 -5

Рис. 3. Распределения температуры стенки и коэффициента давления по длине пластины за уступом. 13

г...

iötf —Ii r

i' У л 1/

Ai

4 !/' р jí

i> '01

-1,0

'и ' ! Ku ir Cf но ллппе пластики за уступоч.

j I

Ср Vj h ь

А 2 О ■I

____

-T-ù-*^"--

Â

о-

/ -í-

---

«в;

ро-Nü1 ,¿

Ch.

N'a С/ as

£0

m оэ

í'D

a

i Vi 5. Распралеленал с , Hu, и cf в координатах x/xR,

И 10 од о

rJL

¿

—? ¥

В»

î-'k-ï. tí. Профили гооОДяшегпъв коррекции и

R—.^-г р cf-'! JHîi

U 9

ИТ

»4 ■¡р'"

Г'.5 9

I

н).

п.

■ .о

1 ь.

-v %

/9

мШ о 03 «1*1 э

"о-.

о*

' <1 - р

к

63.

в').

Ряс. V. Профили гне-рггш турбулентности (а), л .ц-.....:_.!;!

Релнольлса (б), турбулентного тоялсгсго - ~ '> н числа Рк„Сг) в сечении х/П=5.-

и--*

- >■—- -- ' " ^

Рис. 8. Баланс эпергсш турбулентноста з си ic.fi-. .-...

т

'.О 20 3

-го:

-СО

\\ л ¡■■л

ч^^__ Л» ^ ь ^ ^_^

\

>

Рис. 9. Баланс напряжений Рейнольдса в сечешгч х/п-5.

(обозначения - си. рис.83. №

Г;7 ч

-г-.-ч-

4 *

/ул

V 7!

И). Баланс "энергии" температурных пульсаций к оечепии (обозначения - см. рис.8).

«

гз о и

•и

II. Баланс турбулентного теплового потока в сечении х/Н=Г>. (об'.«нэ':о1шл - см. рис.8).

503 250 «й

- Ои и Кзн • Кузср и а». -«1?...... «Я .64 У

1=Л 2ВЕ

О 23 50 «О

И».

Риг. Ш. Заьисйыооть ми от ь;

V. ь-

Ри<.\ 13. Распределение с и а для 3 ряда.

м оде л и ТсилооСмек пика.