Исследование гидродинамики и теплообмена тел в потоках конечных размеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ
|
Акылбаев, Жамбыл Саулебекович
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Алматы
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1996
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.14
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
- а Г! " • *
Министерство энергетики и угольной промышленности Республики Казахстан Казахский научно-исследовательский институт энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина
На правах рукописи
УДК 532.58;533.601; 536.24;535.37.
АКЫЛБАЕВ ЖАМБЫЛ САУЛЕБЕКОВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАЭРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ТЕЛ В ПОТОКАХ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ
Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук
01.04.14. - теплофизика и молекулярная физика
Алматы*1996
Работа выполнена в Карагандинском государственном университете им. Е.А.Букетова
Официальные оппоненты: академик АН Украины, заслуженный деятель науки Украины, доктор технических наук, профессор Е.П.Дыбан; член-корр. НАН РК, заслуженный деятель науки РК, доктор технических наук, профессор Ш.А.Ершин;
доктор физико-математических наук В.В.Брюханов.
Ведущая организация: Научно-исследовательский институт теплофизики СО АН Российской Федерации.
Защита диссертации состоится /6 " 1996 г.
в /г^ час. на заседании специализированного совета Д27.08.11 при Казахском научно-исследовательском институте энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина по адресу: 480012. Алматы, ул. А.Байтурсынова, 85, Казахский научно-исследовательский институт энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина.
С научным докладом можно ознакомиться в библиотеке Казахского научно-исследовательского института энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина.
Научный доклад разослан " " апреля 1996 г.
Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук К.А.Сулейменов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Исследование движения жидкости и газов и их взаимодействия с обтекаемыми твердыми телами представляют большой интерес среди основных задач современной аэродинамики. Особое значение придается также вопросам тепло-и массолереноса при различных физических процессах. Изучению этих разделов явлений переноса уделено внимание многих исследователей. Найдены основные законы движения жидкостей и газов, установлено большое количество закономерностей, определяющих и связывающих основные характеристики потока, которые имеют практическое значение для интенсификации теплоэнергетических, химико-технологических процессов и для развития атомной и космической техники.
Однако изучение данных вопросов сопряжено со многими трудностями из-за сложности механизма исследуемых явлений. Значительные сложности наблюдаются в случаях обтекания тел в потоках в результате появления пограничного слоя, его отрыва, турбулизации и т.д.
В данной работе особое внимание было уделено обтеканию кругового цилиндра в потоках конечных размеров, где изучалось влияние ограничивающих стен на аэродинамические и тепловые характеристики потока. При этом подвергались исследованию не только осредненные по времени, но и мгновенные характеристики течения.
Изучение этих вопросов необходимо для решения практических задач промышленной гидрогазодинамики, теплотехники, где круглые тела встречаются как наиболее распространенные в виде теплообменников, трубопроводов,
мачты, опоры, стойки, дымовых труб и т.п., которые подвергаются поперечным обтеканиям.
В отдельных случаях, например в исследованиях тонких пограничных слоев, недостаток экспериментов объясняется прежде всего техническими сложностями, связанными с размерами, габаритами измерительных приборов и аппаратур . В связи с этим в работе уделяется большое внимание подбору методов исследования применительно к конкретным задачам.
В последнее время наряду с классическими методами стали чаще применять оптические методы исследования, которые не возмущают исследуемую среду и дают информацию о характеристиках течения сразу во всем объеме или по всей поверхности обтекаемого тела. Данный метод показывает мгновенную картину течения в любой момент времени, в чем и заключается актуальность этого метода в определении основных параметров и структуры течения. Долгое время используются инфракрасные камеры для наблюдения границ перехода ламинарных потоков в турбулентные, основанные на измерениях разницы температур между этими слоями. Современные инфракрасные камеры могут разрешать температуру с точностью до долей градуса, но аэрогидродинамические измерения сильно осложняются из-за влияния материала исследуемого объекта на тепловые процессы вблизи его поверхности.
Оптические методы визуализации температурного поля учитывают зависимость физических параметров регистрирующей среды от давления, температуры, скорости. По сравнению с другими методами измерения оптические методы обладают значительными преимуществами. Прежде всего, измерения не искажают значения измеряемой величины, поскольку в большинстве случаев энергия, поглощаемая сре-
дой, мала по сравнению с энергией, передаваемой в гидродинамическом процессе. Наряду с этим оптические методы не имеют инерционных погрешностей, что способствует проведению точных измерений мгновенных характеристик потока. Высокая чувствительность и точность измерений обусловливают применение оптических методов в изучении сложных течений, сопровождающихся отрывом пограничного слоя и большой турбулентностью.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель настоящей работы - исследование структуры течения при обтекании кругового цилиндра в потоках конечных размеров.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
• получение закономерностей изменений основных характеристик потока в зависимости от внешних воздействий;
• изучение влияния ограничивающих стенок канала на распределение скорости, давления вблизи поверхности тела и в следе за телом;
• исследование влияния турбулентности набегающего потока на теплоотдачу круглого цилиндра при его поперечном обтекании и т.д.;
• изучение аэродинамики и теплообмена тела в потоках конечных размеров с использованием различных методов исследования. При этом особо выделяется методология применения оптических методов исследования, что позволяет получить мгновенные картины течения, показать преимущества данных методов по
сравнению с классическими методами исследования подобных задач;
• создание гидродинамических стендов для исследования поля скоростей и температур;
• разработка оптических методов для одновременного изучения гидродинамических и тепловых характеристик потока.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Научная новизна состоит в развитии части аэрогидродинамики и теплофизики тел плохообтекаемой формы, находящихся в потоках конечных размеров. В результате чего показано, что:
• изменение основных характеристик потока зависит от структуры течения в кормовой области тела;
• стабильность течения зависит от стесненности потока;
• существует параметр, однозначно характеризующий влияние уровня турбулентности и числа Рейнольдса на закономерности обтекания круглого тела.
Научная новизна работы также состоит в интенсивном применении оптических методов исследований, в частности:
• в разработке фотохромных жидкостей;
• в расширении возможностей употребления гологра-фической интерферометрии в задачах гидроаэродинамики и теплообмена;
• в использовании люминесцентных преобразователей давления; температуры в аэродинамических исследованиях.
Показаны преимущество предлагаемых методов по сравнению с классическими и степень их достоверностей в определении тепловых и аэродинамических характеристик потока при обтекании тел.
НЛ ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
1. Результаты исследования влияния загромождения потока на гидроаэродинамические и тепловые характеристики течения при обтекании тел в потоках конечных размеров.
2. Полученные закономерности изменения структуры течения в зависимости от числа Рейнольдса, величины стесненности потока и уровня турбулентности набегающего потока.
3. Разработка новых фотохромных жидкостей для визуализации течения на основе лейкоформ красителя родамина С и др.
4. Идея, методика и результаты экспериментальных исследований методами фотохромной визуализации и гологра-фической интерферометрии основных характеристик потока.
5. Методика люминесцентной визуализации температурных полей с помощью датчика температуры.
6. Методика визуализации медленных гидродинамических течений на основе явления люминесцирующих пространственно-временных структур антрахинона.
7. Методика внедрения полярных красителей, чья люминесценция чувствительна к концентрации кислорода.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ
В результате исследований аэродинамических и тепловых характеристик потока при поперечном обтекании круглых цилиндров в потоках конечных размеров установлен ряд эмпирических зависимостей для инженерных расчетов. Пол-
ученные зависимости структуры течения от степени загромождения потока позволили реально обосновать механизм изменения местного значения теплоотдачи от поверхности тела. Разработана методика измерения частоты срыва вихрей с поверхности тела.
Экспериментальные установки и предложенная методика одновременного исследования поля скоростей и температур в потоке жидкости методами фотохромной визуализации и го'лографической интерферометрии позволили проводить исследование тонкой структуры потока вблизи поверхности, в следе за телом, в области отрыва пограничного слоя и в любых гидродинамических течениях.
Разработаны методики получения фотохромной жидкости для визуализации течения. Апробирован новый фотохром-ный материал на основе полимерных соединений, который обладает преимуществом по сравнению с ранее существующими.
Предложен новый тип люминесцирующих пространственно-временных структур (ПВС) в спиртовых растворах ант-рахинона.
Рекомендованы возможности люминесцирующих ПВС ан-трахинона для визуализации медленных течений.
Полученные результаты исследования гидроаэродинамики и теплообмена тел в потоках конечных размеров могут применяться для решения практических задач промышленной гидрогазодинамики, теплотехники, где наибольшее распространение получили круглые тела в виде теплообменников, трубопроводов, мачт, опоры, дымовых труб и т.п., которые подвергаются поперечным обтеканиям.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные результаты работы изложены в монографиях "Новые оптические методы исследования тепломассоперено-
са", "Аэрогидродинамика и теплообмен криволинейных тел", выпущенных в 1995-1996 гг., и двух учебных пособиях, а также докладывались па семинарах и конференциях в Новосибирске, Алматы, Киеве, Минске, Караганде в 1965-1996 гг.
ПУБЛИКАЦИИ
Материалы научного доклада опубликаваны в 35 печатных работах. В том числе получено 2 авторских свидетельства СССР.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
К наиболее характерным задачам аэрогидродинамики относится поперечное обтекание круглого цилиндра. Теоретические расчеты, полученные методом наложения потенциальных потоков несжимаемой жидкости, хорошо согласуются с обтеканием идеальной жидкостью, а для реальной жидкости - только на передней области обтекаемого тела.
При этом распределение скорости идеальной жидкости по поверхности цилиндра выражается формулой
и = 2ит бшО, (1)
где Цо- скорость набегающего потока на тело;
О - угловая координата рассматриваемой точки поверхности тела, отсчитываемая от передней критической точки. Для распределения давления по поверхности цилиндра используется выражение
Р = = 1 - 45Ш2Э, (2)
1/2ри4
где Р - коэффициент давления;
Р - давление на поверхности тела;
Poo - давление невозмущенного потока перед цилиндром;
ГЬ
1 /2 р и;*) - динамический напор набегающего потока.
В целом для описания явлений переноса используются такие основные законы, как закон сохранения и изменения импульса (количества движения)
^ = ¥■ 1/р (grad Р) + v ДТГ, (3)
закон Фурье для переноса тепла
dQ = - X(dT/dn)d6dt, (4)
уравнение неразрывности
dp/dt+ pdiv U = 0, (5)
где U - скорость течения;
F - плотность массовых сил;
Р " плотность;
V - кинематическая вязкость;
Q - тепловой поток;
\ - коэффициент теплопроводности;
т - температура;
б - элементарная площадь;
t время.
Расчет местной теплоотдачи двухмерного тела при обте-
кании его стационарным ламинарным потоком с переменной скоростью на внешней границе пограничного слоя дал Е.Спэрроу. Рассмотрев совместно уравнения динамического и теплового пограничного слоя, имеем:
ттди , 6у Т7сШ , л, д и,
и— + у-г- = и-^— + -у — дх оу ах
би [ 6у _ дх ду '
и^-
йх
д2У
У
(7)
где х У
и, V V
Здесь Т
- расстояние от передней критическои точки тела;
- расстояние от стенки тела вдоль нормали;
- продольные и поперечные компоненты скорости параллельно осям X и У;
- безразмерная разность температур:
V =
- \У
Т
Т -
(8)
100
V7
- температура стенки; Тоо - температура набегающего потока;
V - коэффициент температуропроводности,
Я/рср.
Последовательное увеличение скорости обтекания приводит к существованию различных режимов обтекания, начиная от появления в кормовой области пары стабильно расположенных вихрей (рис.1) относительно оси потока до наступления сверхкризисного режима обтекания, когда с поверхности тела отрывается турбулентный пограничный слой. В промежутке мы имеем возможность наблюдать и исследовать появление элементов прилипания жидкости к поверхности тела, т.е. образование так называемого пограничного слоя (ламинарного), его отрыв от поверхности в виде вихревой дорожки Кармана, который соответствует так называемому докризисному режиму обтекания. При дальнейшем росте скорости потока или значения критерия Рейнольдса
ж
г
наступает определенное улучшение обтекания, которому соответствует удаление точки до 120-140® по поверхности. В данном случае происходит переход ламинарного по-гранслоя в турбулент-Рис. 1. Циркуляционная зона в следе ный И уже отрывается за круглым цилиндром турбулентный погра-
ничный слой, а режим обтекания называется сверхкризисным.
Таким образом, в зависимости от соотношения сил инерции и сил вязкости, действующих в потоке жидкости, существует несколько качественно различных режимов обтекания цилиндра.
Исследования структуры течения вблизи поверхности тела усложняются при наличии внешних воздействий, таких как загромождение потока, изменения турбулентности набегающего потока и т.д. Большие изменения структура течения претерпевает в кормовой области тела, где в основном происходит формирование вихрей, циркуляционной зоны, отрыв вихрей, высокий уровень турбулентности.
Таким образом, картина течения вокруг круглого цилиндра настолько сложна, что ее аналитическое описание представляет большую трудность. В основном расчет течения в пограничном слое дается методами теории пограничного слоя до точки отрыва при заданном распределении скорости вне погранслоя.
В этом направлении известны работы Т.Блазиуса, К.Хи-менца, Н.Фреслинга, К.Польгаузена, А.Тома, А.Фейджа, Н.Кочина, А.Борисенко и других.
Несмотря на эти сложности профессором С.И.Исатаевым было установлено существование определенной закономерности течения в этой области, которое впоследствии подверглось целевому изучению более подробно.
В результате исследований поперечного обтекания круглого цилиндра в канале прямоугольного сечения нами было установлено, что на аэродинамические и тепловые характеристики потока сильное влияние оказывает в основном периодичность отрыва вихрей с поверхности тела. Последнее в свою очередь зависит от степени загромождения и скорости потока.
В действительности наличие ограничивающих стенок стабилизирует поток в целом по сравнению с безграничным обтеканием тела. При этом устойчивые периодические течения •сохраняются до q < 0,6, где q - степень загромождения потока, определяемая отношением диаметра цилиндра к ширине канала. Число Струхаля при этом растет от 0,2 до 0,45 (рис. 2) и определяется выражением
= туЧ (9)
исо
где Г - частота срыва вихрей с поверхности тела; с1 - диаметр цилиндра.
Установлено, что при периодическом отрыве вихрей с двух сторон цилиндра происходит колебание значения скорости вблизи поверхности цилиндра на передней половине вплоть до точки отрыва. Были проведены измерения значения скорости в пограничном слое на поверхности цилиндра термоанемометром, датчик которого выдвигался с поверхности на расстоянии от 0,2 до 2,0 мм. При этом выявлено, что
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
при наличии периодических отрывов крупномасштабных вихрей термоанемометр регистрирует изменения мгновенной скорости в пограничном слое цилиндра с такой же частотой. Замечено также, что если датчик термоанемометра установить в передней критической точке цилиндра, то регистрируемая частота колебания скорости становится в 2 раза больше, чем в других местах поверхности тела. Это объясняется смещением реальной критической точки (где скорость потока равна нулю) в поперечном направлении возле ее среднего значения, благодаря попеременному срыву вихрей с двух сторон цилиндра.
Для расчета зависимости числа Струхала от степени загромождения потока рекомендована эмпирическая формула
8И= 0,2(1 + 7,25я3'3). (10)
На основании полученных результатов проведены лабораторные работы по спецкурсу для студентов старших курсов, специализирующихся по теплофизике. Вышеуказанное соотношение имеет непосредственную связь и с длиной циркуляционной зоны, т.е. с областью, охватывающей вихри, где характерны обратные токи жидкости. В частности, периоди-
8Ь
7%
ил-
8 Г ч
0,2 0,4 0,1
Рис. 2. Зависимость числа Струхаля от загромождения
ческое течение наблюдается при малых длинах циркуляционной зоны, которые соответствуют я < 0,6. При я > 0,6 характерны апериодические течения, и в этом случае длина циркуляционной зоны достигает 3 калибров обтекаемого цилиндра, т.е. 1/6=3 (1 - расстояние от оси цилиндра до точки пересечения нулевых значений функции тока вдоль оси канала) .
Таким образом, следует отметить, что при коротких длинах зон течение является периодическим, а при длинных -апериодическим. При этом необходимо указать, что данные исследования проведены при одних и тех же значениях уровня турбулентности набегающего потока.
Наряду с этим были исследованы зависимости периодичности течения с изменением режима обтекания. При увеличении уровня турбулентности набегающего потока нам удалось улучшить обтекание и получить короткие циркуляционные зоны при больших степенях ^ > 0,6) загромождения потока (рис.3). Зависимость длины циркуляционной зоны от турбулентного числа Рейнольдса можно выразить в виде следующего полинома:
1,048+0,737(Е'Иег)- 0,073(Е'Кег)2+ й (11) +0,004(е'Ие^30,0001+(е'Кег)4,
где £ ' - уровень турбулентности, определяемый выражением
/ и (и' - пульсации скорости). За турбулентное число Рейнольдса берется Е т.е.
1ци= /хЯаЛ».
Однако уменьшение длины циркуляционной зоны при этом не привело к появлению периодических колебаний. По-видимому, большой уровень турбулентности набегающего потока создает и значительную турбулизацию потока в
2
1
О 2 4 6 8 10
О
V \ к
V
/ Ё' * Иег • -2 10
0 4 8 12 16 20
Рис. 3. Зависимость длины циркуляционной зоны от уровня турбулентности потока при q=0,629:
а) 1 - £=0,4т1,0 %; 2 - £=1,7^2,8 %; 3 - С =2,6:4,8 % ;
б) те же данные в виде зависимости от турбулентного числа Рей-нольдса
следе за телом, которая в свою очередь разрушает периодичность срыва вихрей с поверхности объекта.
Исследование микроструктуры турбулентного потока и циркуляционной области круглого цилиндра, в частности
1
"Т р; "О
ЧА Э О-О
а • 1( -4
изучение спектров частот и поля скоростей, позволило установить ряд фактов по упорядочению течения в кормовой области тела. По полученной осциллограмме было подсчитано локальное значение средней частоты колебаний потока по формуле
где _ плотность спектральной функции;
Д 0)1 - полоса пропускания фильтра;
0)] - резонансная частота.
При этом оказалось, что средняя частота пульсации зависит от стесненности потока, т.е. возрастание последнего приводит к ее увеличению. Воспользовавшись местным значением скорости и значением средней частоты колебаний, определили масштаб турбулентности.
Установлено, что увеличение загромождения потока приводит к уменьшению масштаба турбулентности. А при малых значениях загромождения потока масштаб турбулентности достигает 40 мм в области задней критической точки тела. Эти размеры сравнимы с величиной вихрей, срывающихся с поверхности тела. Следовательно, изменение масштаба турбулентности также подтверждает наличие вихревой дорожки Кармана при малых значениях степени загромождения потока.
Как установлено нами, при больших загромождениях ^>0,6) периодический отрыв крупномасштабных вихрей позади цилиндра исчезает и резко увеличивается длина зоны обратных течений. Это объясняется следующими причинами. По мере увеличения загромождения размеры крупномасштабных вихрей постепенно уменьшаются и частота их образования растет. Это в свою очередь приводит к увеличению
расстояния вихрей (относительно их размеров), образующихся по обе стороны цилиндра. При q > 0,6 взаимное влияние этих вихрей ослабевает настолько, что частоты образования вихрей с обеих сторон цилиндра перестают коррелировать друг с другом.
В этом случае поток после отрыва от поверхности тела ведет себя как начальный участок плоской струи с зоной свободного смещения. Как установлено в работах С.И.Иса-таева и С.Б.Тарасова, в зоне смещения струи образуются вихри, размеры и частоты которых определяются начальной толщиной пограничного слоя потока в точке его отрыва от поверхности тела. Так как в миделевом сечении толщина пристенного пограничного слоя очень мала по сравнению с диаметром тела при q > 0,6, то размеры вихрей в зоне смещения становятся намного меньше, а частоты их образования намного больше, чем для крупномасштабных вихрей при периодическом их срыве в виде дорожки Кармана. Мелкомасштабные вихри, взаимодействуя друг с другом, не могут развиться до крупных вихрей, происходит их распад и образование хаотического турбулентного течения в следе за телом.
Как показано нами, взаимное влияние крупных вихрей, срывающихся с двух сторон цилиндра при q < 0,6, можно устранить введением вдоль оси истока плоской пластины, разделяющей поток позади цилиндра. При расстоянии передней кромки пластины от задней критической точки цилиндра 1 < с! периодический срыв вихрей исчезает, и зона обратных течений за телом значительно увеличивается. Аналогичный эффект можно получить, прикрепив позади цилиндра плоскую пластину шириной ё.
При обтекании тела в ограниченном потоке значение коэффициента сопротивления цилиндра также является функ-
Рис. 4. Зависимость коэффициента сопротивления давления от степени загромождения от турбулентного числа Рейнольдса:
а) докризисный режим обтекания: кривая рассчитана по формуле
(13);
б) переходной и сверхкризисный режимы обтекания при д=0,385 и 0,629
цией от загромождения (рис.4.), которое обусловлено понижением давления в кормовой области тела. Для расчета коэффициента сопротивления круглого цилиндра в зависимости от степени загромождения рекомендована эмпирическая формула
Отрыв пограничного слоя и его переход от ламинарного к турбулентному режиму течения, образование циркуляционной зоны течения в следе за цилиндром и рост толщины пограничного слоя с удалением от передней критической точки - все это сильно влияет на теплоотдачу тела. Только определенная часть поверхности круглого цилиндра омывается внешним потоком, а остальная часть охватывается циркуляционной зоной, где существуют обратные токи жидкости. Эти особенности течения вокруг круглого цилиндра не позволяют рассчитать теплоотдачу от всей поверхности тела, и расчеты ограничиваются областью безотрывного течения, где пограничный слой в основном ламинарный.
Расчеты местной теплоотдачи двухмерного тела при обтекании его стационарным потоком даны в работах Е.Спэрроу и Т.Мерка.
Результаты по исследованию обтекания и теплоотдачи цилиндрических тел наиболее полно изложены в работах Р.Гильперта, М.А.Михеева, Б.Х.Мак-Адамса, Г.Перкинса и Г.Лепперта, А.А.Жукаускаса и его учеников.
Определенную практическую ценность представляет изучение теплообмена при обтекании тел в потоках конечных размеров.
справедливая £
(13)
Кроме того, одновременное исследование аэродинамических и тепловых характеристик потока позволяет установить и правильно обосновать сущность происходящих процессов.
Изучая теплообмен равномерно нагретого круглого цилиндра при его поперечном обтекании при различных степенях загромождения потока, установлено существенное влияние периодичности течения на коэффициент теплоотдачи. В частности, при больших степенях загромождения в распределении теплоотдачи от поверхности тела появлялся второй минимум, который приводил к уменьшению теплообмена в кормовой области тела почти на 40 %.
По данным рисунка 5 можно проследить основные закономерности изменения распределения местной теплоотдачи с ростом степени загромождения. При малой степени загромождения, так же как и при обтекании безграничным потоком, в передней критической точке имеет место максимум теплоотдачи. С удалением от этой точки теплоотдача постепенно уменьшается в результате увеличения толщины пограничного слоя. Особенно значительно это уменьшение при малых степенях загромождения. В точке отрыва ламинарного пограничного слоя наблюдается минимум теплоотдачи. Вся кормовая часть цилиндра обтекается турбулентным потоком в направлении от задней критической точки (0=180°) к миделевому сечению цилиндра. Следствием этого является существование максимума теплоотдачи и в задней критической точке.
Значение коэффициента теплоотдачи монотонно растет от точки отрыва до задней критической точки при q < 0,6 и значениях числа Ие 2-104 < Иет < 1,2-105. Здесь т означает, что критерии подобия рассчитаны при среднеарифметиче-
Т? +
скои температуре Т =-ц—. С увеличением загроможде-
Рис. 5. Распределение локальной теплоотдачи на поверхности цилиндра, обтекаемого потоком воздуха в прямоугольном канале:
а) 4=0,385. Значения Йеш-Ю" 3: 1 - 125; 2 - 94; 3 - 71,5; 4 - 51,7; 5
- 51,5; б) Ч=0,629. Значения Кет-10" 3: 1 - 106; 2 - 83,6; 3 - 63,4; 4
- 42,6; 5 - 21,7; в) Влияние загромождения на теплоотдачу:
1 - 4=0,385, Кег=51700; 2 - ч=0,438, Иег=52100; 3 - ч=0,517, Яег=48700; 4 - д=0,629, Иер=42600; 5 - 4=0,707, 11ер=40800; 6 -4=0,827, 1геН8200
ния коэффициент теплоотдачи на передней половине цилиндра растет, причем при удалении от передней критической точки быстрее, чем вблизи нее. Точка отрыва пограничного слоя и, следовательно, минимум теплоотдачи смещаются в сторону больших углов О.
Многие исследователи (Гильперт, Ричардсон, Джунхан, Кестин, Пирет, Шмидт и др.) этот факт в основном объясняли влиянием уровня турбулентности набегающего потока, который якобы был одинаковым в различных экспериментах.
Однако четко поставленный эксперимент, который осуществлялся искусственным разрушением структуры срывающихся вихрей с поверхности тела при малых загромождениях, где характерны периодические течения, также привел к появлению второго минимума в графике распределения коэффициента теплоотдачи.
Следовательно, основное влияние на процесс теплообмена оказывает характер течения - периодичность или ее отсутствие. Наличие периодического срыва вихрей с поверхности тела вызывает интенсивный теплообмен из-за систематического уноса массы жидкости с кормовой области тела. При отсутствии же периодического срыва вихрей циркуляционная зона в следе за телом резко увеличивается, что ведет к уменьшению скорости потока, омывающего кормовую часть тела. Наряду с этим в данной области застаивается определенная масса жидкости, ограничивающая унос тепла с поверхности непосредственно более холодным внешним потоком, в результате которого и происходит уменьшение коэффициента теплоотдачи с кормовой области круглого цилиндра.
Таким образом, наличие периодических срывов вихрей приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи кормовой области тела, а их отсутствие - к уменьшению.
Анализ полученных результатов позволил рекомендовать расчетные формулы для определения коэффициента теплоотдачи с учетом влияния степени загромождения потока.
Г^/Рг^'37 (Ргг/Рг№)0,25= 0,420(1+ и*^3)!^'50*
+0,043(1+ 1,44о)Ие?'70;
(14)
1^/Рг{?'37 (Ргг/РГ№)0,25= 0,420(1+ l,30q3)Re5^50+
+0,032(1+2,55q2)Re¡^70 .
Первые члены этих формул определяют теплообмен от передней половины поверхности цилиндра, где поток преимущественно ламинарный. Второй член в первой формуле характеризует теплообмен кормовой поверхности цилиндра при наличии периодического срыва вихрей, а во второй формуле - то же при отсутствии периодического срыва вихрей. Эти формулы справедливы для значений 0 < q < 0,9 иЮ3 < < 2-Ю5; 0,7 < Ргг < 103.
Изучение гидроаэродинамических и тепловых характеристик потока при обтекании круглого цилиндра проводилось при различных внешних воздействиях. Среди них наиболее существенное влияние оказывает изменение уровня турбулентности набегающего потока.
Зависимость теплоотдачи круглого цилиндра от интенсивности турбулентности набегающего потока рассмотрена во многих исследованиях. Это - работы Г.Перкинса, Г.Леппер-та , Д.Кэстина , Р.Себана, М.Шмидта , Е.П.Дыбана и др.
При этом увеличение уровня турбулентности всегда вызывает рост тепломассообмена. Особенно сильно проявляется это в передней области тела, когда пограничный слой
еще ламинарный. Наряду с этим следует отметить, что для передней области цилиндра эффект влияния уровня турбулентности на теплоотдачу особенно выражен при большем загромождении, а для кормовой области - при малом.
При исследовании влияния звуковых колебаний на изменение характеристик потока при поперечном обтекании круглого цилиндра был установлен его заметный вклад в понижение давления в кормовой области тела. Также была выявлена идентичность звуковых воздействий с влиянием турбулентности набегающего потока. При этом необходимо указать, что эффект воздействия звукового поля возрастает с увеличением степени загромождения потока, особенно начиная с q>0,6. Кроме того, было обнаружено незначительное влияние звуковых волн на скорость течения в кормовой области тела.
Как следует из вышеизложенного, сложность обтекания тела не всегда позволяет получить достоверные данные обычными классическими методами. В связи с этим в последнее время часто стали применять различные оптические методы исследования для изучения структуры течения. Одним из таковых является голографический метод, позволяющий исследовать структуру течения без разрушительных воздействий. Суть данного метода заключается в фиксировании изменений, происходящих с объектом, что в свою очередь вызывает фазовые искажения рассеченной им волны при изменении коэффициента преломления, приводящем к появлению интерференционных полос. Формы этих полос отражают величину происходящих изменений в изучаемой области.
Метод голографической интерферометрии аналогичен обычной голографии с той лишь разницей, что осуществляются две экспозиции, т.е. на одну и ту же фотографическую
пластину записывают две голограммы. При этом исследуемый объект в промежутке между двумя экспозициями испытывает изменения, ведущие к изменению оптической разности хода светового луча. После восстановления голограммы образуются два трехмерных изображения объекта. Восстановленные изображения формируются в поперечном излучении в одном и том лее пространстве, поэтому они будут интерферировать друг с другом, в результате чего на восстановленном изображении объекта образуется ряд светлых и темных интерференционных полос.
Для расшифровки интерферограмм можно воспользоваться выражением
Ф = Пп(х,у,2) " П0)с1г= ПК,
где Ф - оптическая разность хода луча по направлению Я;
- показатель преломления фазового объекта во время первой экспозиции; п(х,у,г) ~ распределение показателя преломления во время второй экспозиции или в тот момент, когда интерферограмма регистрируется методом реального времени;
К - длина волны зондирующего луча;
N - номер полосы, проходящей через точку, где определяется п^
Данное выражение используется, когда исследуемая среда представляет собой фазовый объект, где зондирующие лучи являются прямыми линиями и отсутствует рефракция.
Оптическая разность хода определяется произведением длины волны на порядковый номер интерференционной полосы, т.е.
ЛФ= 1ЧК.
Для того чтобы приписать номера полос точкам на интер-ферограмме в полосах конечной ширины, необходимо провести прямую, параллельную опорным полосам, проходящим в невозмущенной области газа. Приписывая нулевой номер всем точкам, в которых полоса не отклоняется от штриховой линии, а остальным - последующие номера (т.е. 1,2,3 и т.д.) и используя вышеуказанное выражение, находим значение п^ )2)"по-
При рассмотрении двухмерных фазовых объектов без вариаций показателя преломления в направлении Z, считая, что длина объекта равна Ь, искомое изменение показателя преломления зависит только от X и У, имеем Ь
КМ(х,у) = / (п(х,у,2 " По)^= Цх.у) " по)Ь- <16>
о
Отсюда (п(Х|У12) - п0) = М(х?у)
Таким образом, голографическая интерферометрия обеспечивает получение такой жа информации, что и обычные интерферограммы, а именно позволяет получать измерения в единицах длины волны света по изменениям оптического пути в процессе эксперимента. Голографическая интерферометрия добавляет четвертое измерение (время) ко всей интерферометрии с методами одно- и многократных экспозиций.
В результате развития голографической интерферометрии в работах Берга, Кольера, Стетсона, Хейнеса, Хефлинта, Вуернера, Габора и др. стало возможным исследование трехмерных асимметричных объектов посредством применения одновременного просвечивания в разных направлениях и обсчета полученных интерферограмм на электронно-вы-
числительных машинах. Исследование поля температур вблизи поверхности круглого цилиндра методом голографи-ческой интерферометрии осуществлялось путем применения двух экспозиций. Источником поперечного излучения служил маломощный рубиновый лазер с установленным внутри резонатором, образованным двумя плоскими диэлектрическими зеркалами.
Обеспечивая усиление излучения задающего генератора с помощью рубинового усилителя, осуществлялся запуск генератора задержанных импульсов ГИ-1, предусмотренного установкой УИГ-12. Далее усиленный импульс проходил де-
Рис. 6. Оптическая схема установки для исследования температурного поля вблизи тела:
1 - рубиновый лазер; 2, 3, 9, 15 - зеркала; 4 - диафрагма; 5 - затвор; 6, 10, 11, 13, 16 - линзы; 7 - усилитель; 8 - светоделитель; 12 - гидроканал с цилиндром; 14 - фотопластинка; 17 - рассеиватель; 18 - гелий-неоновый лазер ЛГ-18; 19-23 - юстировочная схема из зеркал
ление на опорный и предметный лучи, после чего последние, отразившись от зеркала, коллимировались линзами. Затем предметный луч пропускался через исследуемую часть жидкости около цилиндра на линзу, где строилось изображение рабочего участка канала, куда попадал и опорный луч (рис.6).
Юстирование осуществлялось гелий-неоновым лазером ЛГ-38 и зеркалами. В работе использовались голограммы сфокусированного изображения, что снижает требования к когерентности источника света; кроме того, для восстановления такой голограммы возможно применение обычных источников света. Это позволило произвести исследования интерференционной картины течения непосредственно уже с полученной голограммы.
Полученное при этом распределение температур можно считать "мгновенным" значением, так как колебание импульсов осуществлялось в пределах 40-60 наносекунд. При фиксировании значения смещения полос по интерферограм-мам определялся коэффициент преломления. Используя связь между коэффициентом преломления и температурой в виде
п(х у) = 1,333 - (1,936Т + 0,169Т2)-10" 5, (17)
находили значения коэффициента теплоотдачи (1 и числа Нуссельта, т.е.
а = —ат'— иКи= (<хАж)с1, (18)
ст *
где qт- тепловой поток;
X - теплопроводность жидкости.
Учитывая всевозможные погрешности, было установлено, что общая погрешность определения температуры при экспериментальных исследованиях составляла порядка 2,3 %, а
погрешность определения значения коэффициента теплоотдачи и числа Нуссельта - порядка 8 %. В данном случае приходится учитывать погрешность излучения теплового потока через стенку тела. Необходимо отметить, что эти погрешности возникают только в случае установления абсолютного значения указанных величин.
В изучении задач гидродинамики особое место занимает фотохромная визуализация потока. Способность вещества переходить из одной формы в другую под воздействием светового импульса позволила визуализировать потоки жидкости. Бесцветный раствор фотохромного соединения под действием ультрафиолетового излучения приобретает ярко окрашенный вид. Основным свойством веществ, используемых в фотохромной визуализации потока, должна быть их минимальная поглощательная способность. Кроме того, время жизни окрашенной метки должно превышать время протекания исследуемого явления, и эти метки должны обладать достаточной оптической плотностью для обеспечения регистрации их на фотопленках. Наиболее эффективным является использование фотохромной визуализации при стационарных потоках, когда основные параметры потока остаются постоянными.
Применение фотохромной визуализации потоков началось с середины последнего столетия с появлением работ Хамеля, Поповича по исследованию характеристик потока. Работы Шмидта, Цолотора, Мурина, Строкача, Рязанцева, Юречко и др. расширили возможности применения фотохромной жидкости. Более мощные оптические излучатели позволили усовершенствовать методику применения фотохромной визуализации.
В последнее время в качестве фотохромной жидкости для исследования задач гидродинамики часто стали использовать
водные растворы индолиновых спиропиранов. Особенно успешное развитие данного метода в работах сотрудников Института прикладной механики МГУ позволило изучить характеристики течения жидкости в искусственных клапанах сердца. Им удалось получить водный мицеллярный раствор фотохромного вещества с добавлением поверхностно-активных веществ и увеличить длину цветовой метки до 10 см. В действительности успех в исследованиях фотохромной визуализации,, в основном зависит от выбора фотохромной жидкости. Используемое вещество должно растворяться именно в той жидкости, которая больше всего соответствует условиям опыта по вязкости, плотности, агрессивности.
Для одновременного исследования поля температур и профиля скорости в качестве фотохромной жидкости применялся водный раствор ферриоксалата калия. Это позволило получить высококонтрастную окрашенную метку, заметную на фоне всего видимого спектра, что способствовало использованию в качестве подсветки излучения гелий-неонового или рубинового лазера. Помимо этого, контрастность метки не снижается при увеличении оптической системой, что дает возможность проводить исследования в пограничных слоях. Среди наиболее существенных достоинств этого метода - доступность и дешевизна химических компонентов фотохромной жидкости при применении ферриоксалата калия.
При гидродинамических и тепловых исследованиях с применением фотохромной визуализации потока необходимо, чтобы время образования метки было мало по сравнению со временем изучаемого процесса, время ее существования превышало время пребывания в зоне наблюдения и оптическая плотность была достаточной для фоторегистрации. Время перехода фотохромного раствора под действием света из исходной в фотоиндуцированную форму определяется при
Цх
з
о
9°
и_
и«
з 2
О
Рис. 7. Распределение скорости по поверхности кругового цилиндра:
1 - результаты, измеренные трубкой Пито; 2 - данные, полученные методом ФХВ; 3 - теоретический расчет
прочих одинаковых условиях интенсивностью активирующего излучения. Светочувствительностью фотохромного соединения определяется количество энергии, необходимое для получения требуемого перепада оптической плотности цветовой метки. Область максимальной фоточувствительности для многих фотохромных жидкостей находится в пределах от 200 до 400 нм. Экспериментально показано, что для получения цветовой метки длиной 5 см, диаметром 1 мм необходима энергия ультрафиолетового излучения на длине волны 374 нм порядка 90-100 мДж с учетом деформации метки в потоке с уменьшением оптической плотности. В связи с
"
ч
Г Г V \ ч
2 9 4 6 80 1С0 "Ь, 1 I 140 л
Рис. 8. Профиль скорости в следе за цилиндром при ч=0,6: 1 - данные, полученные методом ФХВ; 2 - данные, измеренные трубкой Пито
этим часто энергию активации увеличивают для получения достаточного размера цветовой метки.
Усовершенствовав применение метода фотохромной жидкости, удалось измерить среднее значение скорости, толщину пограничного слоя, касательное напряжение, координаты отрыва пограничного слоя и т. д.
Сопоставление данных распределения локальной скорости по поверхности кругового цилиндра, полученных методом фотохромной жидкости, с результатами, полученными с помощью измерительных насадков, дает незначительные отклонения (рис.7). При этом лучшее совпадение можно отметить при большом загромождении потока, когда q = 0,6, нежели при малом - q = 0,3. Данное подтверждение имеет силу и по распределению скорости в следе за круглым цилиндром (рис. 8). Это объясняется также изменением структуры течения. При незначительных степенях загромождения в потоке имеется ярко выраженное синусоидальное колебание. Метод фотохромной визуализации дает мгновенную
у/<1
1
0,5
0
х -
Рис. 9. Профиль скорости в следе за цилиндром при ц=0,3: I - данные, полученные методом ФХВ; 2 - данные, измеренные трубкой Пито
картину течения в отличие от обычных методов, когда фиксируются усредненные параметры потока за достаточно продолжительное время. Метод ФХВ позволяет получить фотонегативы моментов отрыва пограничного слоя или процесса подготовки к отрыву и т.д. В результате этого могут и не совпадать размеры так называемой циркуляционной зоны, где идет интенсивное перемешивание жидкости в прямом и обратном направлениях. Поэтому четкое определение длины циркуляционной зоны затруднено (рис. 9). Ранее было установлено, что при q = 0,3 должна быть короткая длина зоны, т.е. 1/ё=1т1,5 калибра, а по рисунку - 3 калибра. По-видимому, это и есть показатель мгновенности, который соответствует моменту разрушения или началу формирования самой зоны (или вообще могут быть зафиксированы отдельные участки вихревой дорожки Кармана). В принципе, син-
Ч\ , II Л \ Л
1 \ г ' * \ ч X * 1 Ч « | \ V * 1 \, \ 1 VI г г 11 1 1
V «Л А Г* 9 у ./ / 6 } А .4 1 ч 1 X 1 1
л \ ^ ч, Л п. * л Л / / г
0,5 1,0 2,0 3,0 х/<1
1,0-2
Рис. 10. Интерферограммы при числах Рейнольдса 1300 и 880
хронизируя частоты отрыва вихрей с поверхности тела, времени запуска лазера и времени фоторегистрации и изменяя сдвиг фаз между ними, можно получить полную картину развития течения в следе за телом. Естественно осредненное поле течения по многим картинам ФХВ должно совпадать с полями течения, измеренными инерционным пневматическим насадком. В процессе изучения полей температур в зависимости от числа Рейнольдса и степени загромождения потока были подробно исследованы закономерности пульсации температуры в области отрыва пограничного слоя от поверхности тела и в следе за телом. На интерферограммах, приведенных на рисунке 10, показано отделение нагретого пограничного слоя от поверхности тела. На рисунке с правой стороны цилиндра видны два тепловых следа, уносящихся вниз по потоку. Наиболее сильно нагретой частью является центр потока, где заметны широкие и редкие интерференционные линии.
Изучение интерференционной картины позволяет судить о поочередном отрыве пограничного слоя, о частоте срыва
и
Ч/; 7 - Ц1 о - 1 х - 2
/.Ф Ч " 0,3
" 1 * ° ' У рЦ»Г
-\l~7-
Рис. 11. Профили скорости:
а) 1 - данные Жукаускаса, 2 - данные, полученные методом ФХВ;
б) 1 - при 11е=300, 2 - при Яе=900
вихрей, об изменении координаты точки отрыва погранслоя и т.д.
При изучении методом фотохромной жидкости распределения локального коэффициента теплоотдачи по поверхности цилиндра при малых загромождениях был обнаружен второй минимум, чего не наблюдалось при обычных методах исследования. Это еще раз подтверждает мгновенность значения теплоотдачи, которая убирается при осреднении по большому количеству съемок.
Б целом, изучая "мгновенное" поле температур, можно указать на значительность пульсации температуры в области
Рис. 12. Зависимость касательного напряжения от числа Рейнольд-са:
а) абсолютное значение касательного напряжения;
б) касательное напряжение в виде безразмерного комплекса: 1 -данные Жукаускаса, 2 - данные, полученные методом ФХВ (1, 2 относятся к а и б).
Зависимость касательного напряжения от степени загромождения канала и от числа Рейнольдса:
в) 1 - ч=0,3; 2 - ч=0,6; 3 - я=0,8;
г) 1 - Ые=900, 2 - Яе=540, 3 - 1*е=300 (г при 4=0,3)
отрыва погранслоя, особенно при малых степенях сжатия потока. Кроме того, изучая голографические интерферог-раммы, можно с большей точностью определить пульсации координаты точки отрыва пограничного слоя и циркуляци-
онной зоны, что дает целостное представление об обтекании тел.
Используя фотохромные жидкости, были изучены отдельные характеристики пограничного слоя. Полученные таким образом профили скорости по толщине погранслоя дают хорошее совпадение с результатом А.А.Жукаускаса и И.И.Жюгжда (рис. 11). Аналогичное исследование было проведено и по отношению касательного напряжения как функции от числа Рейнольдса и от степени загромождения (рис.12) потока.
Применение метода фотохромной жидкости в исследованиях пограничного слоя позволило удостовериться в его преимуществах при определении скорости по всей толщине погранслоя, касательного напряжения на стенке тела и самой толщины слоя в связи с отсутствием возмущения потока.
Для исследования тепловых характеристик течения в по-гранслое были использованы методы двух экспозиций и метод реального времени.
Для исследования процессов тепломассопереноса выбраны два невозмущающих оптических способа. Один из них - метод голографической интерферометрии для измерения профиля температур, другой - метод фотохромной жидкости для измерения профиля скорости. Совместное использование этих методов представляет большой интерес как для количественного, так и для качественного анализа физических явлений, происходящих при обтекании тел в потоках жидкостей. Следует подчеркнуть, что одновременное измерение и профиля скорости, и поля температур поможет более подробно и реально анализировать и то и другое явление. При этом одновременное использование двух методов необходи-
мо наблюдать на фоне диффузионного освещения, а не на фоне светящейся точки.
Одновременное изучение поля скоростей и температур в потоке жидкостей методами фотохромной визуализации и голографической интерферометрии позволяет провести исследование тонкой структуры течения вблизи поверхности, в следе за телом, в области отрыва погранслоя, в результате чего появляется возможность разъяснения любых теплофи-зических явлений с помощью гидродинамических характеристик потока, и наоборот. В частности, распределение давления было подсчитано по формуле
(^7+^ = рерут + м(т)у2у (19)
и УУТ= ХУ2Т,
где Р, р - давление, плотность;
V - скорость;
Д - вязкость;
g - гравитационная постоянная;
[5 - коэффициент термического расширения;
Т - температура;
X. - коэффициент теплопроводности;
V - оператор Набла.
Из полученных величин температуры и скорости (температура определялась по изменению интерференционных полос, а скорость - по движению окрашенной метки) находим градиенты и вторые производные температуры и скорости по пространству, из замеренных в разные моменты времени величин температур и скорости определяем
6Т ду
И "бГ-
Зависимость плотности и динамической вязкости от температуры дана в таблицах физических величин.
Подставляя полученные значения для градиента температуры и скорости в вышеуказанные уравнения, определяем градиент давления.
Считая давление на поверхности фотохромной жидкости равным атмосферному, находим распределение давления в исследуемом объеме в разные моменты времени. Таким образом, одновременные измерения температуры и скорости позволяют получить распределение давления во всем объеме при конвективных течениях, которое не удается найти другим путем при соблюдении условия невозмущения потока.
Наиболее результативным из оптических методов по исследованию гидродинамических и теплофизических характеристик потоков является новый, быстро развивающийся люминесцентный метод. Такой метод измерения температур основан на покрытии поверхности объекта специальной полимерной композицией, которая включает в себя мелко размолотые частицы кристаллофосфора, чья люминесценция зависит от температуры.
В основе люминесцентных методов измерения температуры лежит температурная зависимость интенсивности различных люминесцентных линий люминофоров.
Визуализация полей температуры с использованием термических покрытий на основе специальных красителей позволяет выйти на качественно новый уровень в исследованиях, поскольку важнейшей отличительной особенностью данной методики является возможность получения информации по всему полю температур одновременно.
В нашей работе для измерения температуры предложено новое полимерное термопокрытие с молекулярным распределением красителя в слое полимера, что снимает проблему
искажения результатов из-за существовавшей неоднородности распределения красителя в полимере. Принцип действия предлагаемого покрытия также состоит в температурном тушении люминесценции. Данное покрытие позволяет производить измерения в достаточно широком диапазоне температур - от 20 до 100 °С, с хорошей чувствительностью и является адаптированным к изменениям в жидкой среде (а именно - в воде).
Повышение температуры обычно сопровождается заметным уменьшением выхода свечения. В той или иной степени температурное тушение наблюдается у всех люминесцентных веществ. У разреженных паров ароматических соединений наблюдается сильное температурное тушение их люминесценции. Вместо с тем обнаружено, что температурное тушение растворов красителей не зависит от концентрации раствора. Эти данные указывают на то, что температурное тушение является внутримолекулярным процессом, связанным с изменением состояния люминесцирующих молекул.
Новые полимерные пленки разработаны на основе триа-рилметановых красителей, чья люминесценция чувствительна к температуре. Термопленка представляет собой истинный раствор красителей в поливинилбутирале с добавками пластификатора. Она/обеспечивает точность измерения температуры в указанном диапазоне температур с погрешностью 0,5 С помощью данной термопленки получено распределение температуры по поверхности тела, а также дано обоснование возможности применения в исследованиях гидродинамических и теплофизических характеристик потока. Кроме того, исследованы возможности применения данной термопленки для визуализации полей температур кругового цилиндра, находящегося в гидродинамическом канале.
Для исследования создана специальная экспериментальная установка с обеспечением необходимой оптической схемы. Помимо термопарного измерения температуры,в лобовой точке цилиндра использовался метод температурного тушения люминесценции термопокрытия, изменение интенсивности люминесценции которого отражало распределение температуры по поверхности цилиндра.
При изменении температуры образца от 20 до 60 °С интенсивность свечения уменьшилась в 2,8 раза (рис. 13). Недостатком данного метода являлось появление температурного гистерезиса при циклическом изменении температуры. Сущность температурного гистерезиса заключается в невосстановлении исходных характеристик термопок-зоо «40 7оо ^ ии рытия после первого
прогрева и в дальней-Рис. 13. График изменения спектра шем их падении при
люминесценции красителя КФ
2 каждом последующем
(СЮ моль/л) от температуры прогреве. Добавляя со-
ответствующее количество пластификаторов в пленку, можно свести эффект температурного гистерезиса на нет в течение некоторого времени. В последующем термопленка покрывалась тонким слоем каучука. В результате получена
полимерная пленка с отсутствием температурного гистерезиса флуоресценции.
Завершающим этапом работы над полимерным термопокрытием явилась серия экспериментов на повторяемость результатов при многократных новых его изготовлениях и построениях градуировочной зависимости относительно интенсивности люминесценции как функции температуры. Косвенная градуировка термопокрытия выбрана ввиду невозможности прямой градуировки из-за отсутствия метрологического обеспечения, поскольку все приведенные выше схемы измерения дают информацию в локальной точке, в то время как термопокрытие является инструментом получения интегральных характеристик.
Обработка полученных данных производилась двумя способами: фотометрическим (измерение коэффициента пропускания в локальной области фотонегатива при помощи фотометра МФ-2); сканированием изображения с фотоснимка в память ЭВМ с последующей обработкой этого изображения с использованием специальных пакетов прикладных программ.
В обоих случаях изображение цилиндра разбивалось на одинаковые мелкие области - квадраты, в пределах которых почернение считалось неизменным. При обработке полученных значений почернения изображения проводилось поквад-ратное деление интенсивности почернения экспериментального кадра на интенсивность почернения опорного кадра. Результаты деления корректировались с учетом нормировки интенсивности лазерного излучения в момент снятия обрабатываемого экспериментального кадра. Температура в каждой обработанной точке определялась по градуировочной зависимости интегральной интенсивности люминесценции термопленки от ее температуры.
Рис. 14. а) Фронтальное изображение поверхности цилиндра через смотровое окно.
б) Вид гидродинамического канала с цилиндром сбоку в поперечном сечении: А, В, С и Б - зоны, соответствующие температурным интервалам 32-40 °С, 40-44 °С, 44-52 °С и 52-60 °С
Определенные таким образом значения температуры поверхности цилиндра в каждой точке его изображения соотносились со шкалой цветности (или со шкалой серых тонов и полутонов в случае черно-белой печати на принтере), выбираемой произвольным образом с целью получения наиболее контрастного изображения поля температур. На рисунке 14 приведено фронтальное изображение поверхности цилиндра. Из-за конструктивных особенностей смотрового окна изображение передней части цилиндра наблюдается в форме полукруга (вместо прямоугольника). На рисунке внизу приведен вид сбоку гидродинамического канала с цилиндром, покрытым термопленкой, в поперечном сечении. Как заметно из рисунка, явно видны зоны с различной температурой (А,В,С и Д), свидетельствующие о неравномерности разогрева цилиндра.
Для контроля результатов, полученных оптическим методом, в указанные зоны вводились термопары. Совпадение результатов удовлетворительное.
А Т,°С
9
в
9»
120
150
180
Рис. 15. Распределение значений поля температур по поверхности цилиндра (1*е=300, Т=60 °С):
1 - метод голографической интерференции; 2 - люминесцентный метод
В качестве тестирования предложенного метода был проведен сравнительный анализ экспериментальных результатов определения температуры пограничного слоя кругового цилиндра в гидродинамическом канале люминесцентным методом с экспериментальными данными, полученными методом голографической интерферометрии (рис. 15). Приведены зависимости средних значений перепада температуры по поверхности нагретого до 60 °С цилиндра. Данные зависимости получены голографическим и люминесцентным методами. Усреднение значений перепада температур проводилось по 10 экспериментальным сериям. Как видно из рисунка, абсолютное значение разностей экспериментальных данных для двух кривых лежит в пределах ошибки эксперимента.
Полученные результаты говорят о возможности применения люминесцентного метода с использованием предложенной термопленки для исследования температурных полей на
поверхности объектов сложной геометрической формы и других гидро- и теплофизических характеристик.
В монографии "Новые оптические методы исследования тепломассопереноса" изложены возможности визуализации естественно-конвекционных потоков и слабых течений по люминесценции диссипативных структур. В целом применение в задачах гидроаэродинамики фотохромной визуализации имеет большую перспективу. Для решения отдельных задач нами изложено применение нового типа фотохрома. Данный тип фотохрома является фотохимическим продуктом антрахинона и образуется в результате ряда фотохимических превращений с участием молекул кислорода. Образование фотохрома сопровождается появлением в растворе люминесцирующих пространственно-временных структур (ПВС), которые формируются в том числе и из-за влияния естественной конвекции в растворе. По своей природе новый фотохром принципиально отличается от известных к настоящему времени соединений, так как одна молекула фотохрома образуется по меньшей мере из двух молекул антрахинона. Это приводит к сильной зависимости вероятности его образования от скорости перемещения слоев раствора друг относительно друга. Представляется перспективным использование нового фотохромного соединения и самих ПВС для визуального и точного количественного измерения ряда характеристик медленных течений.
В книге (вышеуказанной) достаточно подробно изложены диссипативные структуры в органических красителях, люми-несцирующие пространственно-временные структуры в спиртовых растворах антрахинона с теоретическими и экспериментальными предпосылками, расчетами и анализом исследуемого явления.
Рис. 16. Вид ПВС (1-5) в спиртовом растворе антрахинона в трубке (С=10~ 3 моль/л).
1, 2, 3, 4 и 5 соответствуют значениям средней скорости течения раствора 0; 8,5; 13,5; 17,5 и 25,8 мм/с при постоянной мощности лазерного излучения 2,55 мВт
В частности, было исследовано образование ПВС в растворе антрахинона, находящегося в кварцевой трубе, при различных скоростях течения жидкости. Если при покоящейся жидкости мы имеем яркосветящийся луч в виде цилиндра, то с увеличением скорости в центре луча образуется разрыв в виде конусов. Геометрические размеры увеличиваются при дальнейшем увеличении скорости (рис. 16). При значении V > 25,8 мм/с для данной трубки образование фотопродуктов не наблюдается.
Одновременно с фоторегистрацией описанного эксперимента и измерением скорости потока жидкости производились измерения индукционного периода появления ярко-зеленого светящегося фотопродукта. Эти измерения позволили получить зависимость индукционного периода возникновения фотопродукта от средней скорости потока жидкости
УСр, мм/с
Рис. 17. Зависимость индукционного периода возникновения люминесценции фотопродукта антрахинона в спиртовом растворе
(С=10~ 3 моль/л) от скорости течения раствора в трубке при постоянной мощности лазерного излучения 3 мВт
Угп (рис. 17). Как видно из рисунка, полученная зависимость X ^(Ус ) является линейной.
На величину индукционного периода образования фотопродукта оказывает влияние толщина стенок трубок и материал, из которого они изготовлены, которые обусловливают поглощение части интенсивности облучения и собственно интенсивность УФ-облучения. В связи с этим при изменении какого-либо параметра требуется построение новой гра-дуировочной зависимости, что является одним из недостатков данной методики.
Однако данная методика обладает преимуществом по сравнению с ранее известными методами фотохромной визуализации.
Во-первых, при измерении скорости сверхмедленных течений возможно использование менее мощных источников излучения. Эксперименты по изучению используемых ранее фотохромных растворов показали, что для получения цветовой метки длиной 5 см и диаметром 1 мм необходимая энергия УФ-излучения на длине волны 1=347 мм составляет 90 мДж. Из практических соображений целесообразно увеличить мощность лазерного луча, что приведет к увеличению первоначальной длины метки и обеспечит ее необходимую оптическую плотность в потоке в процессе деформации и растяжения метки в течение некоторого времени после его фотоактивации. Получение такого уровня энергии в лазерном импульсе связано с большими техническими трудностями из-за отсутствия мощных лазеров в УФ-диапазоне.
Во-вторых, для получения экспериментальных данных о средней по сечению скорости нет необходимости в высокочувствительной регистрирующей аппаратуре (фото-, кино-, видео-), поскольку предлагаемая методика позволяет проводить измерения средней скорости потока в режиме реального времени. Для этого достаточно наличие градуировочной
зависимости ТЛ(У_П) для используемой в работе трубки и и ^Р
прибора, позволяющего измерить время.
В-третьих, исключается зависимость результатов исследований от времени появления метки и времени ее существования, поскольку данный метод визуализации гидродинамических потоков основан на зависимости времени возникновения фотопродукции от скорости потока.
1,мм
Уср, мм/с
Рис. 18. Распределение скорости течения фотохромной жидкости
на основе РС по сечению трубки:
+++ - расчет; • • • - экспериментальные данные
В-четвертых, исключается также зависимость результатов от идентификации соответствующих друг другу точек на последовательных изображениях метки.
При изменении интенсивности облучения раствора антра-хинона при постоянном значении средней скорости видна картина, аналогичная описанной выше, а именно: при максимальном значении интенсивности облучения раствора наблюдается непрерывный люминесцирующий луч, при минимальном значении интенсивности фотопродукт образуется лишь на стенке трубки.
На основании полученных результатов было сделано предположение о возможности получения профиля скорости потока жидкости в трубке посредством связи высоты образующихся конусов при различных значениях интенсивности облучения и постоянной средней скорости с локальной ско-
ростыо потока жидкости в трубке. Однако для этого требуется проведение ряда дополнительных исследований, включающих использование более мощных источников излучения.
В качестве сравнения предложенной методики по измерению средней скорости потока был применен метод фото-хромной визуализации, в котором в качестве фотохромной жидкости использовался родамин С (RdC) (рис.18). Как видно из рисунка, профили скоростей,полученные методом фотохромной визуализации и путем теоретического расчета, достаточно хорошо совпадают.
Для расчета распределения скорости использовано выражение
V-Wl-^/Л (20)
где Vm„v = 2Vrn - максимальное значение скорости потока;
111<4 X Lp
г - координата; а - радиус трубки.
Фотохромная жидкость на основе лейкоформы красителя RdC обладает явным преимуществом перед ранее известными фотохромными индикаторами, заключающимся в том, что источники излучения, необходимые для перевода раствора из исходной формы в окрашенную, а также регистрирующая аппаратура благодаря достаточной оптической плотности образующейся метки могут быть менее мощными. Данная жидкость имеет недостаток, присущий и другим известным фотохромным соединениям, а именно: возникают затруднения при интерпретации полученных результатов. Образование метки - процесс необратимый, что является одновременно и недостатком (невозможность многократного использования данного раствора), и преимуществом - бесконечное время жизни образовавшейся метки, позволяющее
ч
Рис. 19. Блок-схема экспериментальной системы, основанной на
ЛПД:
1 - видеокамера, 2 - лазер, 3 - компьютер
проводить исследования сверхмедленно протекающих гидродинамических процессов данного фотохромного индикатора.
Данная фотохромная жидкость была использована для визуализации естественных конвекционных потоков, где измерялись поля температур от нагретого тела, находящегося в открытом гидродинамическом канале со спиртовым раствором антрахинона.
В последнее десятилетие в аэрогидродинамике начинает успешно применяться новый оптический метод измерения давления с помощью специальных красок - люминесцентных преобразователей давления (ЛПД). ЛПД представляет собой некое связующее (обычно полимер) с внедренными в него молекулами люминофора, чья люминесценция зависит от концентрации кислорода в воздухе. Поверхность модели летательного аппарата покрывают ЛПД и затем в аэрогидродинамической трубе облучают светом от специального источника (рис. 19). Под действием света ЛПД испускает лю-
минесценцию,и интенсивность этого свечения зависит от концентрации кислорода в воздухе - чем она больше, тем меньше интенсивность люминесценции, и наоборот. Видеокамера регистрирует это свечение и передает этот сигнал в компьютер, где он обрабатывается. Поскольку в аэродинамических трубах обычно используется вохдух окружающей атмосрферы, где процентное содержание кислорода постоянно, то легко перевести значения концентрации кислорода в давление воздуха. Компьютер делает такое преобразование и выдает изображение модели с распределением давления по ней.
Так как механизм действия ЛПД молекулярный, этим достигается высокое пространственное разрешение по давлению, что в принципе невозможно обеспечить обычными методами.
Действие ЛПД основывается на явлении тушения кислородом люминесценции молекул люминофора. Возбужденная молекула люминофора, сталкиваясь с молекулами кислорода, может потерять энергию безызлучательным путем (динамическое тушение). По мере увеличения числа молекул кислорода в заданном объеме частота их столкновений с молекулами люминофора увеличивается, что ведет к увеличению доли безызлучательной дезактивации молекул люминофора и к уменьшению интенсивности люминесценции.
Впервые об использовании явления тушения люминесценции кислородом для визуализации течений было сообщено в 1980 г. Петерсоном и Фитцджеральдом. Они использовали люминофор, который возбуждался голубым светом. К сожалению, чувствительность этого красителя к кислороду была низка.
В последующем Каванди и др. сообщили об использовании фосфоресценции для измерения статического давления по поверхности модели при числах Маха'0,3-0,66.
Затем Воллан и Алаби совместно с ЦАГИ сообщили о разработке коммерческо доступной системы с ЛПД. Система была опробована в Германии в экспериментах с дельтовидным крылом при числах Маха от 0,5 до 0,85.
В последнее время Моррис и Долован из компании Мак-донел-Дуглас сообщили о разработке нового типа ЛПД и новой экспериментальной системы при числе Маха 0,4; 1,4; 2,0.
Результаты по распределению давления показали хорошее совпадение с данными трансдыосеров, в том числе и на поверхностях с большой кривизной. Однако по применению ЛПД в аэродинамических исследованиях выявлен и ряд недостатков: влияние температуры на диффузию кислорода в ЛПД; движение модели в трубе во время эксперимента, что порождает проблему совмещения видеообразов модели; непрерывное колебание модели во время эксперимента и т.д. Поэтому сейчас ведутся дальнейшие работы по усовершенствованию характеристик ЛПД.
С 1985 г. Карагандинский госуниверситет совместно с ЦАГИ (г.Жуковский) принимал участие в разработке новых типов люминесцентных преобразователей давления.
Применение ЛПД в аэродинамических трубах налагает ряд требований, которым они должны удовлетворять:
• хорошая адгезия полимера к поверхности модели (иначе поток сорвет ЛПД);
• высокая яркость люминесценции, которая требует высоких концентраций люминофора;
• хорошая стабильность характеристик ЛПД. Был разработан один из видов ЛПД на основе одного из фе-нантролинового комплекса рутения Ии. Данное соединение имеет яркую фосфоресценцию, которая хорошо тушится кислородом, возбуждаемую стационарным освещением, что позволяет использовать видеокамеру для регистрации его свечения. В качестве ЛПД выбрана пара "комплекс Ии и каучук СКТН - А", так как СКТН - А относится к одним из самых кислородопроницаемых полимеров, его легко приклеить к
I 1
0,9
0,7
0,5
0,3
о,1
100 200 300 400 500 600 700 Р,шш
Рис. 20. Зависимость изменения величины -у от давления воздуха
Р в кювете с образцом (зависимость Штерна-Фольмера): 1 - для Яи в композиции с силором; 2 - для й.и, внедренного в полимерную матрицу СКТН-А с помощью бензойной кислоты и дидодециламина; 3 - для йц, внедренного с добавками бензойной кислоты и дидодециламина в композицию СКТН-А+силор; 4 - то
же, что и 3-я при концентрации добавок последних 10 моль/л (Го - интенсивность свечения пленки при давлении 1 атм, I - интенсивность свечения образца при давлении Р)
металлу с помощью специальных адгезивов. Для обеспечения стабильности люминесцентных характеристик рутения был разработан общий процесс внедрения полярных красителей в неполярные среды, в том числе и в СКТН - А, чтобы изучить их закономерности и затем опробовать на комплексе Яи.
Для этого были исследованы спектральные характеристики полярных красителей в неполярной среде и в матрице каучука марки СКТН - А.
На рисунке 20 показано изменение величины 10/Г, где 10* интенсивность свечения пленки при 1 атм, а I - интенсивность при давлении Р, от давления воздуха. Среди них линия 2 относится к Ей, внедренному в полимерную матрицу СКТН - А с помощью бензойной кислоты и дидодецилами-на, которые не оказывают заметного влияния на изменения внутренней структуры полимерной матрицы в целом.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Исследованы изменения аэродинамических и тепловых характеристик потока при обтекании криволинейных тел в зависимости от скорости, турбулентности набегающего потока.
Получен ряд эмпирических зависимостей для расчета характерных параметров потока.
2. Подробно изучено влияние степени сжатия потока на гидроаэродинамические и тепловые характеристики течения при поперечном обтекании круглого цилиндра.
Установлено, что при q < 0,6 в потоке наблюдаются периодические, а при q > 0,6 апериодические колебания. Это
позволило физически правильно обосновать изменения теплоотдачи от поверхности тела.
3. Исследованы поля скоростей и температур в потоке жидкости методами фотохромной визуализации и гологра-фической интерферометрии. При этом получены:
• аэродинамические и тепловые характеристики потока вблизи поверхности тела, в следе за ним, в области отрыва погранслоя;
• разработана методика получения фотохромной жидкости на основе ферриоксалата калия для исследования гидродинамических задач, получены авторские свидетельства;
• разработан и апробирован новый фотохромный материал на основе лейкоформ красителя родамина С, обладающий бесконечным временем жизни метки и яркой люминесценцией. Показано, что применение данного фотохрома обладает рядом преимуществ по сравнению с ранее существующими.
4. Разработаны новые полимерные пленки на основе три-арилметановых красителей, люминесценция которых чувствительна к температуре. В частности:
• обнаружено и изучено влияние температуры на люминесценцию триарилметановых красителей в полимерных матрицах поливинилбутираля (ПВБ). Показано определяющее влияние структуры полимерной матрицы на их люминесцентные характеристики. Благодаря гибкой связи между бензольными кольцами, образующими каркас молекул, люминесценция триарилметановых красителей отслеживает изменения окружающей полимерной среды из-за влияния последней на подвижность молекулярного каркаса;
• исследовано явление температурного люминесцентного гистерезиса в полимерных матрицах поливинилбу-тираля с внедренными в них молекулами триарилме-тановых красителей. Подобраны полимерные пластификаторы, устраняющие явления гистерезиса. Создан тонкопленочный люминесцентный датчик температуры на основе пластифицированных растворов триа-рилметановых красителей в поливинилбутирале;
• апробирована методика люминесцентной визуализации температурных полей с помощью разработанного датчика температуры на примере исследования температурного поля кругового цилиндра в гидродинамическом канале.
Полученные результаты расширяют возможности применения люминесцентного метода с использованием термопленок для исследования поля температур по поверхности объектов сложной геометрической формы и других гидро- и теплофизических характеристик.
5. Открыт новый тип люминесцирующих пространственно-временных структур в спиртовых растворах антрахинона. При этом:
• обнаружена новая, "колебательная", стадия эволюции ПВС. Показана роль естественной конвекции в ее образовании;
• изучено влияние пограничного слоя на границах раздела жидкость - твердое тело и жидкость - воздух на формирование ПВС. Показана определяющая роль структуры пограничного слоя жидкости на образование и эволюцию ПВС;
• исследован механизм образования люминесцирующих ПВС антрахинона в различных растворителях. Показано, что ПВС образуется люминесцирующим фотопродуктом антрахинона, который, в свою очередь, образуется на стадии взаимодействия двух молекул (или радикалов)антрахинона;
• обнаружено влияние относительного движения реагирующих центров, приводящих к образованию люми-несцирующего фотопродукта и, соответственно, к образованию ПВС. Показано влияние скорости движения жидкости в пограничном слое на формирование ПВС;
о разработана и апробирована методика визуализации медленных гидродинамических течений на основе явления люминесцирующих ПВС антрахинона. По данной методике проведена визуализация медленных течений в цилиндрических трубах малого сечения, показаны надежность методики и простота ее применения.
6. Предложена методика внедрения полярных красителей, чья люминесценция чувствительна к концентрации кислорода, в полимерные пленки силиконовых каучуков. Изучено влияние кислорода воздуха на люминесценцию таких красителей в полимерных матрицах. Разработан люминесцентный тонкопленочный полимерный преобразователь давления воздуха, пригодный для визуализации полей давления воздуха в диапазоне 0-1,5 атмосфер.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ НАУЧНОГО ДОКЛАДА
1. Акылбаев ЛС.С., Исатаев С.И., Крашталев П.А., Маслее-ва Н.В. Влияние загромождения потока на коэффициент местной теплоотдачи однородного нагретого цилиндра // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата: Наука, 1966. Вып. 3.
2. Акылбаев Ж.С., Исатаев С.И., Кончин В.А., Крашталев П.А., Маслеева Н.В., Позвонков Ф.И., Ползик Б.В., Ри-вин О.В. Экспериментальное изучение загромождения на коэффициенты теплоотдачи и сопротивления плохообте-каемых тел в потоке вязкой жидкости // Тез. докл. Все-союз. межвуз. конф. "Проблемы интенсификации холодильного и технологического пищевого оборудования".
3. Акылбаев Ж.С., Исатаев С.И., Маслеева Н.В., Ползик В.В. Исследование аэродинамики и теплообмена при обтекании цилиндра и сферы в каналах с учетом загромождения //9 Сибирский семинар по тепломассопереносу: Тез. докл. Новосибирск, 1966.
4. Исатаев С.И., Акылбаев Л(.С., Маслеева Н.В., Ползик В.В. Теплоотдача цилиндра и сферы в канале со значительным загромождением / / Тепло- и массоперенос. М.: Энергия, 1968. Т. 1.
5. Акылбаев Ж.С., Исатаев С.И., Тарасов С.Б. Структура течения в следе за цилиндром в канале // Вопросы оо-щей и прикладной физики: Тр. первой Республ. конф. по вопросам общей и прикладной физики, 19б7. Алма-Ата: Наука, 1969.
6. Исатаев С.И., Акылбаев ЛС.С. Длина зоны циркуляционного течения при малых числах Рейнольдса / / Материалы 2 Республ. конф. по вопросам общей и прикладной физики. Алма-Ата, 1969.
7. Акылбаев Ж.С., Исатаев С.И. Периодический срыв вихрей с поверхности круглого цилиндра // Физика: Тр. КазГУ. Алма-Ата, 1971. Вып. 2.
8. Акылбаев Ж.С., Исатаев С.И., Ползик В.В. Срыв вихрей с поверхности плохообтекаемых тел и его влияние на теплообмен Н Тепло- и массоперенос. Минск: Энергия, 1972. Т.1.
9. Исатаев С.И., Акылбаев Ж.С. Периодический срыв вихрей Ц Физика: Тр. КазГУ. Алма-Ата, 1972.
10. Акылбаев Ж.С. Турбулентный след за телом // Математика и физические исследования. Караганда, 1973. Вып.
11. Акылбаев Ж.С., Варкентина JT.B. Распределение скоростей воздушной струи, бьющей в тупик // Физические исследования. Караганда, 1976. Вып. 3.
12. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О. Влияние загромождения потока и звуковых возмущений на распределение давления около цилиндра // Спектроскопия и прикладная физика: Тр. КарГуТ Караганда, 1979.
13. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О. Влияние внешних возмущений на аэродинамику круглого цилиндра // Люминесценция и теплофизика: Тр. КарГУ. Караганда. 1980.
14. Акылбаев Ж.С., Турмухамбетов А.Ж., Кусаинов К.К. Программы спецкурсов по теплофизике // Программы спецкурсов. Караганда: Изд. КарГУ, 1983.
15. Акылбаев Ж.С., Турмухамбетов А.Ж., Кусаинов К.К., Кучеренко М.Т. Лабораторные работы по теплофизике // Методические указания для студентов. Караганда. 1983. 4.1.
16. Акылбаев Ж.С., Турмухамбетов А.Ж., Кусаинов К.К. Методические указания по выполнению лабораторных работ по теплофизике. Караганда: Изд. КарГУ, 1983. 4.2.
17. Акылбаев Ж.С., Турмухамбетов А.Ж., Кусаинов К.К. Методические указания по выполнению лабораторных |эабот по теплофизике. Караганда: Изд. КарГУ, 1985.
18. Акылбаев Ж.С. Аэродинамика и теплообмен тел в потоках конечных размеров: Учеб. пособие. Караганда: Изд. КарГУ, 1984.
19. Акылбаев Ж.С., Кусаинов К.К., Турмухамбетов А.Ж. Повышение эффективности обучения на спецкафедре "Теплофизика' II Тез. докл. 7 науч.-метод. конф. -ППС. Караганда: Изд. КарГУ, 1984.
20. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О., Регер A.A. Исследование теплоотдачи цилиндра с высоким разрешением по поверхности // Исследование физических, процессов в газообразных и конденсированных системах. Караганда: Изд. КарГУ, 1985.
21. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О. Теплообмен и гидродинамика однофазных систем при различных внешних воздействиях и условиях течений // Отчет по госбюджетной научно-исследовательской теме. Караганда: Изд. КарГУ, 1986.
22. А. с. 1297600 СССР. Способ исследования конвективных течений / Акылбаев Ж.С., Цееб А.О., Мартынов Ю.В., Регер A.A. Бюл. № 2, 1986.
23. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О. Голографическое исследование течений с фотохромной визуализацией // Журнал прикладной механики и технической физики. Новосибирск, 1987. № 5.
24. Акылбаев Ж.С., Цееб А.О. Разработка установки по очистке внутренних теплообменников и калориферов в котельных установках / / Отчет по хоздоговорной научно-исследовательской теме. Караганда: Изд. КарГУ, 1986.
25. А. с. 1418621 СССР. Фотохромная жидкость для гидродинамических исследований / Акылбаев Ж.С., Кецле Г.А., Цееб А.О. Бюл. № 31, 1988.
26. Акылбаев Ж.С., Карицкая С.Г., Кецле Г.А., Пономарев С. Г. Люминесцирующие пространственно-временные структуры в концентрированных растворах антрахинона // Известия HAH PK. 1994. Т.2.
27. Акылбаев Ж.С., Курманов М.К. Русско-казахский толковый словарь физических терминов. Алматы, 1994. Т.1.
28. Акылбаев Ж.С., Курманов М.К. Русско-казахский толковый словарь физических терминов. Алматы, 1994. Т.2.
29. Акылбаев Ж.С. К вопросу совершенствования университетского образования // Вестник высшей школы Казахстана. Алматы, 1995. № 2.
30. Акылбаев Ж.С., Карицкая С.Г., Пономарев С.Г. О механизме люминесценции фотопродуктов антрахинона // Электронные и ионные процессы в диэлектриках: Сб. ст. Караганда, 1995.
31. Акылбаев ЛС.С. Новые оптические методы исследования тепломассопереноса: Монография. Алматы: Гылым, 1995.
32. Акылбаев Ж.С., Карицкая С.Г., Пономарев С.Г. Влияние температуры на люминесценцию арилметановых
красителей в полимерных пленках поливинилбутираля // Известия HAH PK.
33. Акылбаев Ж.С., Карицкая С.Г., Пономарев С.Г. Визуализация температурного поля пограничного слоя цилиндра в гидродинамическом канале // Известия HAH PK.
34. Акылбаев Ж.С., Курманов М.К. Физика: Учеб. пособие. ■Караганда: Изд. КарГУ, 1995.
35. Исатаев С.И., Акылбаев Ж.С., Турмухамбетов А.Ж. Аэрогидродинамика и теплообмен криволинейных тел: Монография. Алматы: Рылым, 1996.
