Интенсификация теплообмена поперечными выступами выпуклой поверхности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

РГБ ОД 2 8 К:0Н 2003

Хасаншин Ильшат Ядыкарович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПОПЕРЕЧНЫМИ ВЫСТУПАМИ НА ВЫПУКЛОЙ ПОВЕРХНОСТИ

(Специальности: 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика; 05.07.05 - тепловые двигатели летательных аппаратов)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

/

Казань 2000

Работа выполнена на кафедре турбомашин Казанского государственной технического университета им. А.Н. Туполева

Научный руководитель Офицальные оппоненты -

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор A.B. Щукин

доктор технических наук, профессор В.В. Олимпиеп кандидат технических наук, доцент В.А.Фафурин

АО КПП ''Авиамотор", г. Казань

Защита состоится " 15" Об 2000 г. в 40 часов на заседани] диссертационного Совета Д 063.43.01 при Казанском государственно,' техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: 4201 11, г. Казань, у1 К. Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Автореферат разослан 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук,

старший научный сотрудник ' А.Г. Каримова

О

т. 44-ш. з,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Каналы с продольной кривизной широко эаспространены в камерах сгорания, в сопловых и рабочих лопатках турбин Л"Д и ГТУ и других технических устройствах. Специфической особенностью )бтекания выпуклых поверхностей является консервативное воздействие гентробежных массовых сил на поток. Массовые силы подавляют процессы -урбулентного переноса у стенки, ослабляя тем самым конвективный -еллообмен в пристенной области. Нанесение на выпуклую поверхность юперечных выступов позволит турбулизировать эту область. Поперечные ¡ыступы в качестве пристенных турбулизаторов отличаются выгодным »отношением роста теплоотдачи и гидравлического сопротивления, а также ехнологичностью изготовления. Обтекание выступов характеризуется ложной картиной отрыва и присоединения потока, возникновением «циркуляционных зон. В поле массовых сил процессы за выступами еще более сложняются и в настоящее время не могут быть предсказаны теоретически. )публикованные результаты исследований течений в каналах с поперечными ыступами позволяют ожидать положительного эффекта от использования на ыпуклых поверхностях. Однако для выработки научно обоснованной картины овместного воздействия на поток поперечных выступов и продольной ривизны выпуклой поверхности, разработки инженерного метода расчета еплоотдачи в этих условиях требуются экспериментальные исследования.

Цель работы состоит в разработке научно обоснованных рекомендаций о расчету коэффициентов теплоотдачи на выпуклой поверхности при нтенсификации теплообмена поперечными выступами.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые получены опытные данные по совместному воздействию на теплоотдачу продольной кривизны выпуклой поверхности и поперечных выступов.

2. Впервые установлен факт превалирующего воздействия поперечных выступов над воздействием центробежных сил в процессах теплопереноса около выпуклой поверхности.

3. Впервые исследована структура пристенного течения за одним и за двумя поперечными выступами на выпуклой поверхности.

4. Разработаны рекомендации по расчету интенсификации теплообмена поперечными выступами на выпуклой поверхности.

Практическая ценность. Рекомендации, разработанные на основе гслериментального исследования теплообмена и гидродинамики течения за зперечными выступами на выпуклой поверхности позволяют научно юснованно рассчитывать теплоотдачу и температурное состояние выпуклых эверхностей криволинейных каналов с интенсификаторами теплообмена в ще поперечных выступов. Результаты работы переданы для использования в МНТК «Союз», МАИ (г.Москва), ОАО «Двигатели НК» (г. Самара), АО КПП Авиамотор» (г.Казань) и в Российский фонд фундаментальных исследований в

-г -

рамках выполняемой на кафедре турбомашин КГТУ им.А.Н.Туполева Н (проект № 99-02-18191). Эта работа прошла научную экспертизу и бь: одобрена экспертами РФФИ. Часть научных результатов Вошла в отчет федеральной программе «Интеграция» (проект № 244). Кроме этого результа настоящих исследований были использованы в учебном процессе КГ им. А .Н.Туполева.

Достоверность_полученных_результатов обеспечивает

использованием общепринятых апробированных методов и метод теплофизического эксперимента, удовлетворительным согласованием тестов опытов с данными других авторов, расчетом погрешности экспериментальн данных.

Личный вклад автора. Соискателем выполнены тестов эксперименты, основная программа опытов и их обработка, проведены анали обобщение результатов экспериментов.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной рабо доложены и получили одобрение на юбилейной научно-практическ конференции 30 лет ОАО «КАМАЗ» «Перспективы развития автомобилей двигателей в Республике Татарстан», г.Набережные Челны, 1999г.; на К научно-техническом семинаре "Внутрикамерные процессы в энергетичеси установках, акустика, диагностика, экология", г.Казань, КФВАУ им. Марш; М.Н.Чистякова, 2000г.; на научно-техническом семинаре кафедры турбомац КГТУ им. А.Н.Туполева, 2000г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит введения, четырех глав, выводов, библиографии, приложения. Работа изложе на ■/Л/ страницах машинописного текста, содержит Уб_ рисунков, &> табл Библиография содержит ^^наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено состояние вопроса по исследуен* тематике. Течения около поверхностей с продольной кривизной относятс! широко распространенным во многих областях техники. Это привело активным исследованиям данного вида течений. Исследования течений в по.! массовых сил проводили Б.П.Устименко. А.А.Халатов, В.К.Щукин, Р.ВЫбЬ, аЬ-МеПог, Я-М-Бо и др.

В первой главе описаны гидродинамика и теплообмен на глад} выпуклой поверхности. Отмечается, что даже небольшая кривизна ловерхно< {51Я = 0,01) приводит к существенному изменению характера течен возникает поперечный градиент давления, уменьшается степень заполненно< профилей скорости.

Одна из характерных особенностей потока в криволинейном канале выпуклой поверхности - консервативное воздействие на поток центробежн массовых сил, которое проявляется в подавлении турбулентных пульсаци] стенки. Ухудшение турбулентного обмена, в свою очередь, приводит снижению теплоотдачи. Интенсификацию процессов переноса в погранич!

[ое для компенсации отрицательного воздействия выпуклой кривизны )верхности можно осуществить нанесением на выпуклую поверхность □личного рода дискретных шероховатостей, в частности, поперечных лступов.

Интенсификация теплообмена поперечными выступами подробно хледована Э.К. Калининым, Г.А. Дрейцером, С.А, Ярхо, В.К. Мигаем, В.В. шмгшевым, В.И. Тереховым и др. Авторы отмечают высокую [ергетическуго эффективность использования поперечных выступов в ¡честве интенсификаторов теплообмена. Описана структура течения за ¡перечными выступами, предложены физические модели конвективного плообмена на поверхности с нанесенными выступами. Найдены ггимальные, с точки зрения энергетической эффективности интенсификации плообмена, соотношения геометрических параметров поперечных выступов, то же время интенсификация теплообмена поперечными выступами на inyклой поверхности до сих пор не исследована. Как следует из публикаций, :тод суперпозиции отдельных воздействий для расчета пристенной [тенсификации теплообмена при сложных граничных условиях дает, как >авило, ошибочный результат.

Анализ литературы по исследуемому вопросу показал:

- принятый к исследованию способ интенсификации теплообмена поперечными выступами является одним из наиболее энергетически эффективных;

- без дополнительных воздействующих факторов конвективный теплообмен и гидравлическое сопротивление в канале с поперечными выступами могут быть определены достаточно надежно;

- отсутствуют результаты исследований теплоотдачи на выпуклой поверхности с поперечными выступами;

- отсутствует методика расчета теплоотдачи около так их поверхностей.

Во второй главе приведены выбор и обоснование метода исследования

плоотдачи и варьируемых параметров, дано описание экспериментального енда, методики проведения опытов и обработки результатов экспериментов, елана оценка достоверности полученных результатов, представлены зультаты тестовых опытов.

Опыты проводились на модели короткого плоского криволинейного нала в виде поворота на 90° (рис.1). Ширина канала составляла 140 мм, [сота - 100 мм. Выпуклая поверхность имела радиус Rvv = 400 мм. На отивоположной вогнутой стенке радиусом 500 мм был установлен ординатник. С помощью ходовых винтов он мог перемещаться в продольном правлении и по высоте канала, охватывая всю исследуемую область между умя поперечными выступами. Отметим, что все гидродинамические и тловые измерения проводились в продольной плоскости симметрии ытного участка. Продольный шаг измерений параметров потока был стоянным, а по нормали к поверхности теплообмена - переменным, итывающим более интенсивное их изменение в пристенной области.

А-А

II 400

. 1И

Турбулизирующая проволока

даление (слив) пограничного слоя

Г[

Поперечные выступы №1,№2,№3

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментального участка.

-s-

Условием подобия криволинейных течений является одинаковая зтносительная кривизна 5~IRW. Она варьировалась изменением толщины юграничного слоя. Толщина пограничного слоя изменялась при помощи его удаления (слива) через предвклгоченные щели в стенке канала (рис.1).

Объектом исследования являлась теплообменяая выпуклая поверхность с остановленными перед и за ней поперечными выступами (рис.2). Как этмечалось рядом авторов, изменение формы выступа при одинаковом их шаге ;лабо влияет на среднюю теплоотдачу. В связи с тем, что для практических 1елей, как правило, используют плавно очерченные выступы, модели топеречных выступов были выполнены классической формы в виде юлуцилиндра радиусом 20мм. Для уменьшения оттока тепла от теплообменной тластины они изготовлены из текстолита. Шаг между выступами t по збразуюгцей обтекаемой выпуклой поверхности составлял 200 мм. Этносительный шаг t/h выступов равнялся, таким образом, 10-ти. Для фямолинейных каналов такой относительный шаг с точки зрения >нергетической эффективности является оптимальным.

Между двумя поперечными выступами находилась криволинейная -еплообменная пластина, выполненная из легированной стали XI8Н1 ОТ (рис.2). ;е толщина составляла 15 мм. В продольной плоскости симметрии а пластину ¡аделаны поверхностные хромель-копелевые термопары с разнесенным спаем. Эти термопары заглублены в поверхность пластины на 0,1 мм и позволяют голучать распределение поверхностных температур по контуру пластины в тродольном меридианальном сечении. Площадь поверхности, на которой зегистрировалась температура, составляла для каждой измеряемой точки жоло 1мм3.

Тепловой поток создавался электронагревателем, установленным на югнутой поверхности теплообменной пластины, который обеспечивал условие j « Const. Плотность теплового потока на исследуемой теплообменной юверхности рассчитывалась на основе поверхностного градиента температур. Этот градиент, в свою очередь, определялся численно расчетом двумерного 'емпературного поля. При этом считалось, что перетоками тепла по ширине ■еплообмеяной пластины можно пренебречь.

Опыты проводились при температуре окружающего воздуха Та = 300 ± )К. Степень турбулентности в ядре потока над объектом исследования вставляла около 10%. Она имеет один порядок величин с уровнем ■урбулизации потоков в охлаждающих трактах газотурбинных двигателей и 1нергоустановок, а также в теплообменниках с газовоздушными ■еплоносителями. Эксперименты проводились при изменении числа 'ейнольдса Reh от 6.9 -10' до 1.7 ■ 10s; среднерасходная скорость воздуха в канале ¡оставляла wcp = 4... 18 м/с. Относительная кривизна исходно гладкой выпуклой юверхности 5" / /?„ изменялась в диапазоне от 0,5-КГ3 до 4,МО"'. Зтносительная толщина потери импульса S" lh= 0,01...0,082. Относительная ¡ысота выступов h/Rw = 0,05; безразмерная высота выступа h+ я 400... 1000.

■ ТермоЭДС измерялась при- помощи- потенциометра ПП-63 класса точности 0,05. Скорость и продольные пульсации скорости регистрировались с

помощью термоанемометрической аппаратуры DISA-55M. Полное статическое давление фиксировалось U - образными водяными манометром

Относительная погрешность определения числа Рейнольдса находилае интервале ±2,2 %, а числа Стэнтона - в интервале ±15,3 %, при доверитель! интервале 0,95.

Тестовые эксперименты были проведены в гладком криволинеш канале около выпуклой поверхности. Эти данные необходимы были в качес базовых, поскольку параметры, описывающие процессы теплообмена гидродинамики за выступами на выпуклой поверхности, представлялис относительном виде, где в знаменателе находятся результаты исследований исходно гладкой выпуклой поверхности при Re = idem. Такое представле. результатов исследования удобно при практических расчетах, когда с цех управления температурным полем охлаждаемой стенки не на всей выпук. поверхности могут быть установлены выступы.

Поля скорости, полученные в ходе тестовых опытов, типичны , гладких выпуклых поверхностей. Профили скорости уменьшают се «заполненность» с увеличением относительной кривизны поверхности. Моя констатировать также, что вне пограничного слоя соблюдается за: постоянства циркуляции скорости (рис.3). Продольные пульсации скорости i росте относительной кривизны поверхности снижают свой уровень, объясняется усилением воздействия центробежньгх массовых сил.

В качестве результатов тестовых экспериментов представлены п скорости и поля продольных пульсаций скорости в различных сечениях длине канала для программных значений относительной кривизны исхо; гладкой поверхности. Кроме того, дано распределение коэффициен теплоотдачи по длине выпуклой поверхности канала. Выполненная автор программа обработки опытных данных по расчету коэффициентов теплоотд; тестировалась сопоставлением с имеющимися опытными данными.

Программа исследований на поверхности с выступами включала в с две серии экспериментов. Вначале на опытном участке было установлено • выступа (№1, №2, №3 - см. рис.1). Тем самым на теплообменной поверхно между выступами №2 и №3 моделировался процесс обтекания, характер« для системы выступов.

Во второй серии опытов выступ №1 отсутствовал. В этом случае теплообменной поверхности исследовался теплоперенос непосредственно выступом, на который натекал невозмущенный выступами поток.

В третьей главе представлены результаты исследования гидродянам! течения за одним и двумя выступами на выпуклой поверхности. Для выявле! характера течения при различных значениях Re и S"/R, была провед визуализация потока. Визуализация проводилась при, помощи шелковых ни длиной 10 мм, наклеенных через каждые 2 мм по средней линии выпук; поверхности между двумя выступами. Визуализация показала, что на в режимах течения за полуцилиндрическим выступом образуется з( возвратных токов длиной (l,5...2)h. Она примерно в 3 раза короче, чем прямоугольным выступом в прямолинейном канале............

0,3

0,2 0,1

0

\У . -Г = СОТ^

— о-----

Сдвиговый слой Область присоединения

0,6

0,7

0,8

0,9

\V7\V..

Рис. 3. Профиль скорости па гладкой выпуклой поверхности: х/Ь= 0,5; сплошная линия - г = С0П51;О - эксперимент; = 1,М0"!

'Рециркуляционная Внутренний

,, . зона пограничный слой

Угловой вихрь г

Рис. 4. Схема течения между выступами.

уЛ) 2.0 1.5

1,0

0,5

у/Ъ 2,0

а- 1 0- 2

б) ^ о- 3 V- 4

-5Й 0- 5 6

у/11 2.0

1,5

0.5

0.4 0.8

Рис. 5. Распределение относительной скорости \\fvi, около Рис. 6. Распределение степени турбулентности Ти около гладкой вы-

гладкой выпуклой поверхности и за поперечными выступами при пуклой поверхности и за поперечными выступами при значениях

значениях (5" /Я. )-10':1- 0,5; 2 - 1,1; 3 - 3,0; 4 - 3,2; 5 - 3,3; б - 4,1; (5"/Н„)-10!:1 - 0,5; 2 - 1,1; 3 - 3,0; 4 - 3,2; 5 - 3,3; б - 4,1; хЛ=7,0;

х/11=4; Ке,=(7,0...17,7)-10"; Яе^б^.-.П^-Ю'; х/Ъ=4;

Протяженность рециркуляционной зоны оказалась консервативной ги отношению к воздействию продольной кривизны поверхности Принципиальная схема исследуемого течения показана на рис.4. Пр. оптимальном шаге плавно очерченных выступов область развития внутреннег пограничного слоя между выступами значительно более протяженная, чем зон обратных токов. Поэтому основное внимание в работе уделялось поверхност за зоной присоединения.

Анализ полученных профилей скорости (рис.5) показал, что нанесени выступов на выпуклую поверхность канала качественно изменяет картин воздействия продольной кривизны поверхности на профиль скорости за зоно присоединения. Так, профиль скорости на исходно гладкой - поверхност (рис.5,а) имел разную «заполненность»: чем выше значение S" //?„, тем о менее «заполнен». В случае нанесения выступов на поверхность такг закономерность отсутствует. Это хорошо видно из рис.5,б.

. Не обнаружено расслоения опытных данных в зависимости от 5" /R, на профилях распределения Tu за поперечными выступами (рис.6,б), в то врел как на исходно гладкой поверхности этот эффект имел место (рис.6,а).

Таким образом, выявлен факт превалирующего воздействия выступов i пристенное течение над влиянием центробежных массовых сил.

Как видно из рис.7, с увеличением S" /R, осредненное на участке xJh 0...В значение (Tu/Tu„)Re возрастает. Так, при увеличении параметра кривизн поверхности S"/R, от 0,5-10"'до 4Д-10~3 значение (Tu/Tu»)R[ увеличивает примерно в 2 раза. Происходит это потому, что при наличии выступов выпуклой поверхности для любого значения S"IR„ степень турбулентное пристенного потока примерно одинакова, поскольку эффект подавлен пульсаций скорости центробежными силами здесь несоизмеримо мал сравнению с генерацией этих пульсаций в сдвиговом слое за BbJCTynaiV Вместе с тем, как и следовало ожидать, на исходно гладкой выпукл поверхности с увеличением S" IRW значение Tu,„ снижается.

Анализ изменения (Tu/Tu„)Re по длине участка между выступами x/h 0...8 показал, что в сдвиговом слое имеет место ярко выраженный максимун области x/h = 2...2,5. Максимум наблюдался при всех значениях относительн кривизны поверхности в указанном выше узком диапазоне изменения xJh связан с турбулизирующим воздействием зоны присоединения, где пристет часть потока наиболее турбулизирована после взаимодействия со стенкой.

В результате выполненных исследований не было обнаружь принципиальных отличий в структуре течения над теплообмена поверхностью при установке выступов №1, №2, №3 и выступов №2 и №3. G и неудивительно, поскольку в опытах численное значение безразмер( высоты выступа h+ было велико и изменялось в диапазоне от 400... 1 ООО.

Можно лишь отметить, что, судя по профилям степени турбулентност средней скорости, в первом случае сдвиговый слой расположен ближ( обтекаемой поверхности (y/h = 0,7...1,0), чем во втором (y/h = 1,1...1 ' Действительно, при обтекании полуцилиндрического выступа невозмущень

отоком отрыв его от поверхности полуцилиндра происходит раньше, чем при отекании выступа потоком, турбулизированным предвключенным выступом. ж известно, турбулизация течения затягивает' отрыв потока на поперечно зтекаемом цилиндре.

В четвертой главе представлены результаты исследования энвективного теплообмена на выпуклой поверхности с выступами, при л-ановке выступов №1, №2, №3 (см. рис. 1) и выступов №2, №3.

В распределении местных коэффициентов теплоотдачи по длине гплообменной поверхности, расположенной между двумя выступами (рис.8), ожно отметить ярко выраженный максимум в области x/h = 1,8...2,0. Причем гзависимо от того, установлен или нет выступ №1. Этот максимум аблюдался при всех значениях относительной кривизны поверхности в узком иапазоне изменения x/h и связан с присоединением потока к обтекаемой оверхности.

Отметим, что для технических приложений более важными являются анные о средней теплоотдаче между выступами. Как видно из рис,9, с зеличением относительной кривизны выпуклой поверхности относительное эеднее число Стэнтона возрастает. Это означает, что чем больше кривизна упуклой поверхности, тем более эффективны в качестве пристенных нтенсификаторов теплообмена установленные на ней поперечные выступы, азброс опытных точек достаточно велик. Однако это объяснимо, поскольку :следуется сложное отрывное течение, где в сдвиговом слое генерируются эупномасштабные вихревые структуры в условиях периодической ^стационарности.

Анализ рис.9 показывает, что при наименьшем исследованном значении "IR„, равном 0J10'', когда эффекты кривизны исчезающе малы, нтенсифицирующий эффект от выступов характеризуется примерно ээффициентом 1,25. В то же время при наибольшем достигнутом в опытах тчении S" /я„, равном 4j -10"3, этот эффект усиливается, и значение Si ISi,., ззрастает до двух.

Факт возрастания интенсифицирующего эффекта по мере увеличения гносительной кривизны выпуклой поверхности объясним. По данным .А.Халагова и др. значение /Soна исходно гладкой поверхности шжается при увеличении относительной кривизны поверхности. В то же эемя, как оказалось, процесс генерации турбулентных пульсаций эперечными выступами консервативен к увеличению продольной кривизны >шуклой поверхности. По существу, эффект отрывных и присоединяющихся :чешш, образующихся при обтекании поверхности с поперечными выступами, реобладает над консервативным воздействием на пристенное течение гнтробежных массовых сил. Можно предположить поэтому, что оптимальный ¡аг выступов в исследованном диапазоне изменения режимных параметров ожет остаться без изменения.

О превалирующем воздействии выступов по сравнению с влиянием родольной кривизны выпуклой поверхности свидетельствуют численные *ачения относительной степени турбулентности потока (Tu/Tut„)R! (рис.7).'

(Ти/ГО 8,0

<5,0

4,0

2,0

Рис. 7. Влияние продольной кривизны выпуклой поверхности на осреднен-ную по длине теплообменного участка и по толщине сдвигового слоя относительную степень турбулентности потока: о - установлены выступы №1,№2, №3 (см. рис.1 - установлены выступы №2, №3; 1^=7. 17,7.10' ;

- по данным П.Л.Комарова, А.Ф.Полякова за обратным уступом, также осредненным на участке хЛ = 0...8;

3

о о

I с©

1,0

2,0

3,0

(6"/11)-103

Рис. 8.Распределение относительных чисел (З^,,),, по длине теплообменного участка; О - установлены выступы №1, №2, Л'°3 (см. рис.1); А-установлены выступы №2, №3; Ке,_ =14,1-10''; 5"/Я„ = 4,М0"';

)тметим, что в высокотурбулизированных потоках прирост степени урбулентности как таковой практически не приводит к увеличению еплоотдачи. Тем не менее, он может свидетельствовать об ином механизме еплопереноса, например, за счет крупных вихрей.

Таким образом можно констатировать, что с точки зрения нтенсификации теплообмена установка низких плавно очерченных выступов а выпуклой поверхности даже более эффективна, чем на плоской, [олученный массив точек, характеризующий интенсификацию конвективного гплообмена поперечными выступами на выпуклой поверхности, в первом риближении может быть описан линейной зависимостью, которая имеет вид:

(St/Si „)», =12 + 02-10'(.5"/Л), (1)

ie толщина потери импульса S" рассчитывается на исходно гладкой лпуклой поверхности.

Первое слагаемое в соотношении (1) характеризует прирост теплоотдачи 1 плоской поверхности между выступами по сравнению исходно гладкой ¡верхностью. Прирост этот невелик, поскольку опыты проводились при J„«10%.

Отметим, что в плоском канале с оптимальным шагом выступов Эдварде Шерифф получили двукратный прирост средней теплоотдачи по сравнению с адким каналом. Для сопоставления полученных результатов исследований с ими данными приведем их к одинаковым условиям. С этой целью введем в отношение (1) поправочный коэффициент, учитывающий вклад в тенсификацию теплообмена собственно выступов. С учетом поверхности хгсообмена собственно выступов будем иметь:

(St/Sl,„\, = [Ц2 + о;Ы03(<Г/Я)]-*ф> (2)

: кф - коэффициент, учитывающий увеличение теплоотдачи за счет зерхности выступа и интенсификации теплообмена на нем; в нашем случае = 1,15.

Кроме того, по формуле A.A. Жукаускаса St/Sto = 1+ 0,41th(0,2Tu) «едем к "канальной" турбулентности (Tu »3...4%) наши значения St™, шые по St не корректируем, поскольку известно, что внешняя |булентность слабо влияет на процессы пристенной интенсификации лообмена. Тогда экстраполяцией получим, что для нашего случая при IR, = 0 интенсификация теплообмена поперечными выступами будет гблизительно характеризоваться значением (a/a,„)R<: » 1,7 (рис.9). А при :симально достигнутом значении 5"/Rw превышение теплоотдачи над одно гладкой выпуклой поверхностью составит около 2,9. В диссертации лизируются возможные причины неполного соответствия наших данных с дататами исследований Эдвардса и Шериффа.

Рис. 9. Влияние продольной кривизны выпуклой поверхности на среднюю теплоотдачу между выступами: о - установлены выступы №1, Кя2, №3;(см. рис.1); Д - установлены выступы №2, №3; ReL = 7,0. 17,7-1 О4 ;

--соотношение (1);----соотношение (2);<г- по данным Эдвардса и Шериффа

для плоского канала с выступами.

а) б)

Рис.10. Оценка темперарурного состояния стенки газосборника, а) схема ra3oc6pt малоразмерного ТВД с интенсификаторами теплообмена в виде поперечных выст б) результаты демонстрационного расчета температуры стенки газосборниха; пара» принятые для расчета - h/Rw = 0,07; t/h = 10; Т/= 1700 К; Т\0,ЛНАВХ = 70 wrM - 250 м/с; woxn = 60 м/с,

-ib-

Как видно из рис.9, опытные точки, представленные в виде 'St„)R, =f(5" /R„), при наличии и отсутствии выстутга №1 не расслаиваются. ) говорит о том, что предыстория потока, натекающего на выступ, иаически не сказывается на средней теплоотдаче между выступами. Этого и довало ожидать, поскольку в наших опытах значение безразмерной высоты лупа h+ изменялось в диапазоне от 400... 1 ООО.

По разработанной методике была выполнена оценка температурного тояния газосборника малоразмерного ТВ Д. Схема его и результаты расчета дставлены на рис.10.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Остановлено, что при увеличении относительной кривизны выпуклой юверхности интенсифицирующее воздействие поперечных выступов на 'реднюю теплоотдачу возрастает по закону, близкому к линейному и при У"/Л.» 4,1-Ю"-' достигает примерно двукратной величины. Толучено, что с увеличением относительной кривизны выпуклой юверхности относительный уровень турбулизации выступами пристенного ечения, по сравнению с исходно гладкой выпуклой поверхностью, озрастает. Установлен факт превалирующего воздействия поперечных ыступов на пристенную интенсификацию теплообмена над онсервативным воздействием центробежных сил.

¡ыявлено, что в исследованных диапазонах изменения S" /Rw и h* редыстория натекающего на выступ потока не оказывает заметного лияния на среднюю теплоотдачу между выступами, вместе с тем за одним ыступом свободный сдвиговой слой расположен дальше от обтекаемой оверхности, чем за двумя выступами.

[а основе обобщения опытных данных получено расчетное соотношение и ззработана методика расчета теплоотдачи на выпуклой поверхности с оперечными выступами. По предложенной автором методике был роизведен расчет температурного состояния газосборника малоразмерного ВД.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

х, у - координаты, направленные соответственно вдоль поверхности (с ;том от задней кромки поперечного выступа) и по нормали к ней; h -та поперечного выступа; Н - высота канала; Rw - радиус продольной изны выпуклой поверхности; 8, 5 - толщина пограничного слоя и потери льса, определенные на исходно гладкой выпуклой поверхности; 1 - шаг улов; L - длина теплообменной поверхности; 1„ - протяженность саемой в продольном направлении поверхности выступа; кф- коффициент, ивающнй увеличение теплообменной поверхности за счет выступа: кф = (L t; h* = hv"/v - безразмерная высота выступа; v* - скорость трения; v -

кинематический коэффициент вязкости; Rer - число Рейнольдса, определение по среднерасходной скорости и эквивалентному гидравлическому диамет[ канала; Reh - число Re с характерным размером h; ReL - число ,Re характерным размером L; а, а - местный и средний коэффициент теплоотдачи; St, St - местное и среднее числа Стэнтона; Tu -стене! турбулентности; Индексы: гл - при обтекании исходно гладкой поверхности; - на внешней границе пограничного слоя; 0 - на плоской гладкой поверхност]

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Щукин A.B., Хасаншин И.Я., Архипов В.А., Козлов А.П., Теплообмен гидродинамика на выпуклой поверхности, формованной поперечны» выступами. //Сб. докл. на юбилейной научно-практической конференции 30 л ОАО "КАМАЗ" "Перспективы развития автомобилей и двигателей Республике Татарстан", г.Набережные Челны, 2000г.

2. И.Я.Хасаншин. Теплогидродинамические эффекты на выпукл! поверхности с поперечными выступами. Казань, 2000. 16с. (Препринт / Казг гос. техн. ун-т; 20П1).

3. Щукин A.B., Хасаншин ИЛ.,Архипов В.А., Габдрахманов Р.Р., Козлов А. Особенности гидродинамики и теплообмена на выпуклой поверхности поперечными выступами. //Сб. тезисов докл. на 12-м научно-техническ! семинаре "Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акусти! диагностика, экология". Казань: КФВАУ им. Маршала М.Н.Чистякова, 2000г