Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса

Душина, Ольга Андреевна

Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Душина, Ольга Андреевна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Казань МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса»

Автореферат диссертации на тему "Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса"

004612741

На правах рукописи

ДУШИНА ОЛЬГА АНДРЕЕВНА

ОТРЫВ ПОТОКА ЗА ВЫСТУПАМИ В КАНАЛЕ ПРИ НИЗКИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА

01.02.05. - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 ноя 2010

Казань 2010

004612741

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Казанского научного центра РАН и Казанском государственном техническом университете им.А.Н.Туполева (КГТУ-КАИ).

доктор технических наук Молочников Валерий Михайлович

доктор технических наук, профессор

Олимпиев Вадим Владимирович

кандидат физико-математических наук, доцент

Харчук Сергей Иванович

Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе Сибирского отделения РАН

Защита состоится «24» ноября 2010 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им.А.Н.Туполева по адресу: 420111, г.Казань, ул. К.Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева.

Электронный вариант автореферата размещен на сайте КГТУ им.А.Н.Туполева (www.kai.ru).

Автореферат разослан « Л( » октября 2010 г.

Научный руководитель Официальные оппоненты.

Ведущая организация

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

А.Г. Каримова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На современном этапе развития общества чрезвычайно актуальными становятся вопросы энерго- и ресурсосбережения. Внедрение в промышленность энергосберегающих технологий требует создания более эффективного и менее металлоемкого энергетического оборудования. В этих условиях совершенствованию процессов передачи теплоты уделяется особое внимание. Одним из путей создания экономичных теплообменных аппаратов и систем охлаждения является использование пристенной интенсификации теплообмена. Известно, что применение интенсификаторов наиболее эффективно при низких числах Рейнольдса, соответствующих ламинарному и переходному режимам течения теплоносителя (А.И.Леонтьев, Г.А.Дрейцер, Э.К.Калинин, В.И.Терехов, В.В.Олимпиев, Ю.Ф.Гортышов, Ю.Г.Назмеев и др.). На этих режимах наибольшее увеличение коэффициента теплоотдачи при меньшем приросте гидравлического сопротивления канала (затрат на прокачку теплоносителя) позволяют обеспечить элементы дискретной шероховатости в форме поперечных выступов (А.ИЛеонтьев, Ю.Г.Назмеев, Ю.Ф.Гортышов, В.В.Олимпиев, И.АЛопов и др.).

Имеющиеся данные о структуре потока за поперечными выступами в каналах на ламинарном и переходном режимах течения являются неполными и не носят систематического характера. Практически отсутствуют сведения о влиянии формы выступа на границы ламинарно-турбулентного перехода и характеристики потока в канале на переходных режимах. Нет информации о динамике вихревой структуры течения на этапах ламинарно-турбулентного перехода при отрыве потока за выступами различной формы, не выявлены основные закономерности распределения статистических характеристик гидродинамических параметров течения в отрывной области. Достоверные данные о структуре потока при обтекании поперечных выступов различной формы в каналах позволят выявить особенности механизмов интенсификации теплообмена в рассматриваемых условиях, осознанно подходить к выбору геометрических параметров элементов дискретной шероховатости и режимов работы теплообменного оборудования и, тем самым, обеспечить наибольшую его теплогидравлическую эффективность.

Таким образом, экспериментальное исследование пространственно-временной и вихревой структуры отрывного течения за элементами дискретной шероховатости в форме поперечных выступов в каналах на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода является на сегодняшний день актуальной задачей.

Цель работы: получение и обобщение экспериментальной информации о пространственно-временной и вихревой структуре течения за поперечными выступами различной формы в канале при низких числах Рейнольдса.

Задачи исследования:

- провести комплексные экспериментальные исследования пространственно-временной и вихревой структуры течения в канале

с единичным тонким поперечным выступом (ребром) и полуцилиндрическим поперечным выступом в области низких чисел Рейнольдса, выполнить совместный анализ информации о динамике кинематической структуры потока и его статистических характеристиках;

-определить влияние формы выступа на значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного перехода в канале, вызванного отрывом потока при обтекании выступа;

- выявить особенности динамики формирования крупномасштабных вихревых структур на ранних этапах потери устойчивости слоя смешения за выступами исследуемых форм и сценарии эволюции этих структур в области присоединения потока;

-установить основные закономерности изменения статистических характеристик потока в канале за единичным тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

Научная новизна:

1. На основе сопоставления результатов экспериментальных исследований динамики кинематической структуры потока и его статистических характеристик выявлены особенности пространственно-временной и вихревой структуры потока за единичным тонким и полуцилиндрическим выступом в канале на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

2. Установлены основные закономерности формирования и эволюции крупномасштабных вихревых структур в сдвиговом слое за выступами исследуемых форм.

3. Определено влияние формы выступа на значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного перехода в канале, вызванного отрывом потока при обтекании выступов.

4. Выявлены основные закономерности распределения статистических характеристик течения на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

Практическая значимость. Результаты исследований позволяют проводить выбор геометрических параметров элементов дискретной шероховатости и режимов работы теплообменного оборудования для обеспечения высокой эффективности его работы. Получена новая фундаментальная информация о процессах ламинарно-турбулентного перехода при отрыве потока за элементами дискретной шероховатости во внутренних течениях.

Результаты работы использованы в отчетах по гранту Президента РФ (НШ-4334.2008.8), грантам РФФИ (07-08-00330, 09-08-00597), контракту в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

с геометрическими параметрами выступов могут быть использованы при расчете и проектировании теплообменных аппаратов. Полученные результаты дополняют базу данных для верификации теоретических моделей и методов расчета отрывных течений в дискретно шероховатых каналах.

Автор защищает:

1. Результаты комплексных экспериментальных исследований течения в канале с единичным тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами при низких числах Рейнольдса, включающих визуализацию течения, термоанемометрические измерения скорости потока и PIV-измерения мгновенных векторных полей скорости.

2. Закономерности формирования крупномасштабных вихревых структур на ранних этапах потери устойчивости слоя смешения за выступами исследуемых форм и эволюции этих структур в области присоединения потока.

3. Данные о влиянии формы выступа на значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу лгминарно-турбулентного перехода в канале, вызванного отрывом потока при обтекании выступов.

4. Обобщенные закономерности изменения статистических характеристик потока в канале за единичным тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методик и аттестованных средств измерения физических параметров, соответствием экспериментальных результатов, полученных с помощью различных методов исследования, а также удовлетворительным согласием полученных данных с известными результатами других авторов.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены лично соискателем. Соискатель самостоятельно выполнил эксперименты, обработку, анализ и обобщение полученных данных. К анализу мгновенных векторных полей скорости и завихренности потока за тонким поперечным выступом привлечены данные, полученные совместно с А.А.Паерелием. Статистическая обработка этих данных, их анализ и обобщение выполнены соискателем.

Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на XXI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», 12-14 мая 2009 г., г.Казань, Россия, XVII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.ИЛеонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» 25-29 мая 2009 г., г.Жуковский, Россия, IX и X Международной Школе-семинаре «Модели и методы аэромеханики», 2009 и 2010 гг., г.Евпатория, Украина, VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов акад. В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 15-17 сентября 2010 г., итоговых научных конференциях Казанского

научного центра РАН (за 2008, 2009 гг.), на аспирантских семинарах Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН в 2008-2010 гг.

Публикации. Соискатель имеет 24 печатных работы, из них 5 - в рекомендованных ВАК РФ журналах. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 2 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего наименований. Объем диссертации насчитывает/¿6 страницы машинописного текста, включаярисунков и таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, отмечены ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные научные результаты, которые выносятся на защиту, показан личный вклад соискателя.

В первой главе выполнен обзор имеющихся в литературе данных о структуре и характеристиках отрывных течений в каналах с элементами дискретной шероховатости. Показано, что на ламинарном и переходном режимах течения теплоносителя существует область энергетически выгодного соотношения между повышением теплоотдачи и приростом гидравлического сопротивления, причем оптимальными с точки зрения теплогидравлической эффективности пристенными интенсификаторами теплообмена в канале являются поперечные выступы (А.ИЛеонтьев, Ю.Г.Назмеев, Ю.Ф.Гортышов, В.В.Олимпиев, И.А.Попов). Анализируется структура ламинарного и турбулентного течения в отрывной области за обратным уступом (R.Goldstein, B.Armaly, F .Durst, T.Lee и др.). Детально описывается структура турбулентного отрывного течения за выступом и системой выступов (B.Sunden, L.Wang, Т.-M.Liou, Y.Chang). Уделяется внимание влиянию шага между выступами и формы выступов на вихревую структуру отрывного течения, гидравлическое сопротивление и теплоотдачу (В.К.Мигай, Э.К.Калинин, Г.А.Дрейцер, А.Реггу, J.Cui, S.Okamoto). Рассматриваются некоторые аспекты исследований развития возмущений и перехода к турбулентности (В.В.Козлов, А.В.Довгаль,

A.М.Сорокин, А.В.Бойко, Б.Ю.Занин, И.Д.Зверков и др.). Выполнен подробный анализ немногочисленных работ, посвященных ламинарному и переходному режимам обтекания выступов (D.M.McEligot, C.M.Stoots, H.Yanaoka, T.Inamura, В.ВЛаричкин, В.В.Олимпиев, Н.И.Михеев,

B.М.Молочников, А.АЛаерелий), отмечается недостаток информации об указанных режимах течения в дискретно шероховатых каналах с выступами по сравнению с турбулентным режимом.

Сформулированы проблемы, связанные с изучением пространственно-временной и вихревой структуры течения в каналах с элементами дискретной шероховатости.

Во второй главе приводится описание экспериментального оборудования, на котором проводились исследования, представлены данные об объектах исследования, средствах измерения, описывается методика выполнения исследований, приводятся сведения о погрешностях методов и средств измерений.

Основными элементами экспериментальной установки (рис.1) являются рабочий участок 1, ресивер с набором критических сопл 2, вакуумный насос 6, обеспечивающий движение воздуха в тракте установки, а также измерительная система 3-5. В зависимости от вида выполняемых исследований в состав измерительной аппаратуры включаются: (а) лазер, блок управления лазером, синхронизатор и видеокамера (Р1У-измерения), (б) скоростная видеокамера и устройство создания светового ножа (дымовая визуализация) или (в) термоанемометрическая аппаратура.

Рабочий участок 1 представляет собой свегопрозрачный прямоугольный канал шириной 50 мм и высотой 20 мм, на широкой стенке которого на расстоянии 100 мм от входа установлен либо тонкий поперечный выступ (ребро) высотой 4 мм с острой кромкой, либо поперечный полуцилиндрический выступ радиусом 3 мм.

Глава содержит подробное описание метода Р1У, используемого для получения мгновенных векторных полей скорости и завихренности потока, методики обработки данных и расчета статистических характеристик течения, методики и техники дымовой визуализации с помощью скоростной камеры и термоанемометрических измерений мгновенной локальной скорости потока в рабочем участке. Описаны используемые в работе методы анализа экспериментальных данных. Приведены диапазоны изменения режимных параметров потока: Яен= УоЯ/у = 372...8535 (Яеь= 1}\Ш = 93...2134 для тонкого выступа и 11еь= 66... 1506 для полуцилиндрического выступа), где Щ-среднерасходная скорость потока на входе в канал, Ь'\ - среднерасходная скорость в зазоре между выступом и стенкой канала, Н - высота канала, И -высота выступа, V - кинематическая вязкость.

¿Нв

|Синхронизатор — Компьютер

Рис. 1. Схема экспериментальной установки

В третьей главе представлены результаты комплексного экспериментального исследования кинематической структуры течения за выступами различной формы.

Дымовая визуализация позволила получить качественную картину отрывного течения на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода, инициированного отрывом потока за тонким поперечным выступом (рис.2) или поперечным полуцилиндрическим выступом (рис.3) в диапазоне изменения числа Рейнольдса от Яен=372 до Кен=8535.

Установлено, что формирование крупномасштабных вихревых структур в сдвиговом слое за тонким выступом начинается при Яен~500 (Яеь~130), а за полуцилиндрическим выступом - при Яен=1300 (Яеь~230). Картина вихреобразования является квазипериодической. Показано, что с увеличением

Рис.2. Визуализация отрывного течения за тонким поперечным выступом на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода: а - Кен=372; б - 511; в - 1298

Рис.3. Визуализация отрывного течения за поперечным полуцилиндрическим выступом на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода: а - Лец=922; б -1298, в - 1839

числа Рейнольдса частота формирования вихрей растет, а область начала вихреобразования приближается к выступу. Установлено, что при фиксированном Яец эта область совершает колебательные перемещения в продольном направлении. Амплитуда этих перемещений для тонкого выступа составляет до 3,3/г, для полуцилиндрического - до 5,7/1 в зависимости от числа Рейнольдса. Выполнена оценка скорости конвективного переноса вихревых структур, формирующихся в слое смещения, на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода. Показано, что на начальной стадии формирования вихревых структур она составляет около 0,5...0,6и увеличивается с удалением от выступа вниз по потоку до 0,75...0,

Анализ динамики кинематической структуры течения позволил выявить возможность реализации двух основных сценариев эволюции вихревых структур в области присоединения потока за выступом, которые характерны для определенных режимов течения: Яен=600...1300 (Кеь~150...325) - для тонкого и 11ен~1300...4240 (11е^=230...750) - для полуцилиндрического выступов. Согласно первому сценарию поперечные вихри могут перемещаться на некотором расстоянии от стенки, не взаимодействуя друг с другом. Согласно второму - вихрь, приближаясь к стенке, теряет скорость и под действием следующего за ним вихря, оказываясь между ним и стенкой, разделяется на две части, одна из которых сносится внешним потоком, а вторая попадает в зону рециркуляции (рис.4) и перемещается в сторону выступа. Возможна также ситуация, когда формирующийся поперечный вихрь, ограниченный сверху основным течением, а со стороны стенки - частью вихря, разделяющегося на две части в области присоединения, разрушается

Рис.4. Визуализация одного из сценариев эволюции крупномасштабных вихревых структур за тонким поперечным выступом при Иен=798; временная задержка между кадрами 20 мс

Рис.5. Кинематическая структура течения за тонким поперечным выступом: а -мгновенное поле скорости и завихренности при Кен=604; б - Кен=1298; в - сравнение с визуализацией одного из этапов развития сценариев эволюции поперечных вихрей

Рис.6. Мгновенное поле скорости и завихренности в потоке за поперечным полуцилиндрическим выступом: а - Яен=1111:6- 2954

в сдвиговом слое. Показано, что, начиная с 1*ен~1300 для выступов обеих форм, в окрестности области присоединения потока наблюдается эффект попарного слияния вихрей.

Мгновенные векторные поля скорости и и завихренности потока са, полученные с помощью метода Р1У, не только дополняют данные визуализации о динамике кинематической структуры потока, но и позволяют получить некоторую количественную оценку элементов этой структуры на различных стадиях ее формирования. Установлено, что сдвиговый слой за тонким поперечным выступом (рис.5,а,б) и полуцилиндрическим выступом (рис.6) характеризуется повышенной завихренностью, ее значение растет с увеличением числа Рейнольдса. В формирующихся на некотором расстоянии от выступа крупномасштабных поперечных вихрях наблюдаются области, в которых значение завихренности щ. имеет разные знаки. С удалением от выступа линейный масштаб вихрей возрастает.

Четвертая глава посвящена анализу статистических характеристик течения, полученных на основе термоанемометрических измерений мгновенных локальных значений скорости потока и многократных Р1У измерений мгновенных векторных полей скорости потока за выступами в канале.

Установлено, что первые признаки потери устойчивости за тонким выступом на оси канала наблюдаются уже при Иен~510, что выражается в появлении на соответствующих осциллограммах низкочастотных пульсаций скорости, амплитуда которых растет с увеличением числа Рейнольдса (рис.7,а). Именно этот режим, по данным визуализации потока, характеризуется началом формирования крупномасштабных поперечных вихрей в сдвиговом слое на расстоянии приблизительно 9/г от выступа. В случае с полуцилиндрическим выступом на оси канала и в области присоединения потока признаки потери устойчивости течения были зафиксированы, начиная лишь с Яен~1300 (рис.7, б, в), что по данным визуализации также соответствует началу формирования поперечных вихревых структур.

Установлено, что максимумы в спектрах пульсаций скорости за выступами на оси канала и вблизи стенки в основном соответствуют частотам формирования вихрей, определенным по результатам визуализации. Так, для тонкого выступа при Яен=604 эта частота составляет около 15 Гц, для полуцилиндрического при Яен=1839 - 60 Гц (рис.8). Смещение максимума в сторону низких частот в пристенной области за тонким выступом может быть обусловлено периодическими продольными перемещениями области начала формирования вихрей, в связи с чем датчик скорости в отдельные моменты времени находился выше этой области и фиксировал не все вихревые структуры. Максимумы в спектрах в области низких частот обусловлены, по-видимому, периодическим сносом в основной поток целых или части вихрей при их разделении согласно описанным в главе 3 сценариям поведения вихревых структур, а также низкочастотными колебаниями области начала формирования вихрей.

и , м/с

0.7

0.5

Ке =372

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 т, С

и , м/с л ,--

* ,, I 11 I ' Бет

Ие =1111

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 Т, С

и . М/С

Ке =1298

V-м1'

■ !' Л.'1'

Ие =1111

Ие =604

О 0.25 0.5 т с 0.75

Рис.7. Осциллограммы продольной компоненты скорости потока; а - тонкий выступ, ось; б - полушшшдрический выступ, ось; в - полущшщдрический выступ, сдвиговый слой

На основе обработки результатов РГУ-измерений установлены некоторые закономерности распределения статистических характеристик скорости потока за выступом в условиях ламинарно-турбулентного перехода. Показано, что непосредственно за выступом в канале формируется зона с равномерным профилем скорости (более широкая в случае полуцилиндрического выступа) (рис.9,а и 10,а), которая несколько размывается вниз по потоку. Уровень вторых моментов пульсаций скорости <и'и'> и <и'у'> возрастает с увеличением Кен. Положение максимумов <и'и'> и <иУ> относительно нижней стенки

а 1

"Ь Л

:Г< 1 V. на оси

л! ■ /'К вблизи стенки

0-ш= 6.

4' 2

40 60 ^ Гц

и* ч

I /

вблизи стенки

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 '.ГЦ

Рис.8. Спектры продольных пульсаций скорости потока в канале: а - за тонким выступом при Кец=604: о- за полуцилиндрическим выступом при Яен=1839

хД1=0,5 1,2

у/Ь"

Л-

V ■

Е ¡1

I !

6,7

4.-------V

8,3

'11-

11,7

у?

и/и„

т-т

0,15

? * * 1 { 1 1 { 1

:А_ 1 ! 1 1 1 1 1 V

. ! ■ ! ■ ( . Г , Л ...... ' -г",.-:''

-<иУ>/11 '

Рис.9. Статистические характеристики отрывного течения за тонким поперечным выступом в канале при Кен=1298: а - профили продольной скорости \JJ\1q\ б - профили корреляций пульсаций скорости <и'и'>Що', в ~ профили корреляций пульсаций скорости -<и'у'>/и02

х/Ь=1.2 3 3

8.3

11.7 13,3 15 16.7

у/Ь 42-

I.......-1-

т—г

гт г Г Г' ¡Гг ' ' У Г

V ,1 ¡'1 1 ! { ' II. ___[ V. V .. Ч > Л Л : ¡V IV.

—1—.—гд—'—Г"^—г1—!-Г"—'—Г*—'—'—

<и'и'>/11/

0,02

Рис.Ю. Статистические характеристики отрывного течещш за поперечным полуцилшщрическим выступом в канале при Кен=1298; обозначения см. на рис.9

за тонким (рис.9,б,в) и полуцилиндрическим (рис.10,б,в) выступами изменяется в направлении потока. Характер этого изменения зависит от формы выступа и числа Рейнольдса. В целом, для тонкого выступа значения корреляций выше (приблизительно в 1,5...2 раза), чем для полуцилиндрического, а их локальные максимумы расположены дальше от стенки канала, на которой установлен выступ (1,5...2/? для тонкого выступа по сравнению с 1...1,5А - для полуцилиндрического).

Установлено положение максимальных значений вторых моментов <и'и'> и <иУ> относительно точки присоединения потока (Л*). Показано, что для тонкого выступа они располагаются в пределах рециркуляционной области левее точки присоединения и практически не меняют своего положения по продольной координате (рис.11). В случае полуцилиндрического выступа (рис.12) максимумы корреляций <и'у'> во всем диапазоне исследованных режимов находятся ниже по потоку от точки присоединения, а для максимумов <и'и'> характерно смещение вверх по потоку от начиная с Кен=1298.

0.15

0.10

0.05

I \

\ ч

•-0— 1 £ У /-

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 (х-Х„)Х„

Рис.11. Положение максимумов корреляций относительно точки присоединения потока за тонким поперечным выступом в плоскости симметрии канала; а-^'и^Шо ', б--<и\>'>/иг/

а°

0.100

0.075

А V \ \ . \

№ N Ь. |/

ч V ■ ■

--У

0.02

-1.0

-0.5

0.0

<х-ХЛ

Рис. 12. Положение максимумов корреляций относительно точки присоединения потока за поперечным полуцилшщрическим выступом в плоскости симметрии канала. Обозначения см. на рис. 11

Величина максимумов растет с увеличением числа Рейнольдса. Для тонкого выступа величины максимумов <и'и'> и <иУ> уже при Иец=1298 приближаются к известным в литературе значениям, полученным для турбулентного обтекания выступов.

Основные результаты и выводы:

1.В результате совместного анализа экспериментальной информации о динамике кинематической структуры течения, мгновенных векторных полях скорости потока, его локальных и распределенных статистических характеристиках получены новые закономерности пространственно-временной и вихревой структуры потока в канале за тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами при низких числах Рейнольдса (Яен=372...8535).

2. Выявлено влияние формы поперечного выступа на критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного перехода в канале, при котором в слое смешения за выступом начинается формирование крупномасштабных поперечных вихревых структур. Показано, что для тонкого выступа (ребра) это значение составляет Рен~500 (Яе^Ш), а для полуцилиндрического выступа Яен^ЗОО (Яе^ 230).

3. Выявлено два наиболее вероятных сценария эволюции крупных вихрей в области присоединения потока. Для каждой формы выступа определен диапазон чисел Рейнольдса, в пределах которого реализуются эти сценарии. Показано, что, начиная с Яен^ЗОО для выступов обеих форм в окрестности области присоединения потока наблюдается эффект попарного слияния вихрей.

4. По результатам визуализации и спектрального анализа данных термоанемомегтрических измерений скорости потока выполнена оценка частоты формирования вихревых структур в слое смешения. Получена зависимость этой частоты от числа Рейнольдса.

5. Установлено, что область начала формирования крупномасштабных вихревых структур в слое смешения совершает низкочастотные колебания в продольном направлении. Для обеих форм выступа определены закономерности изменения частоты и амплитуды этих колебаний от числа Рейнольдса.

6. Выполнена оценка скорости переноса крупномасштабных вихревых структур, формирующихся в слое смешения на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода. Показано, что на начальной стадии формирования вихрей она составляет 0,5..0,6 скорости потока в зазоре между выступом и противоположной стенкой канала и увеличивается с удалением от выступа.

7. На основе Р1У-измерений получены основные закономерности распределения статистических характеристик скорости потока в канале за выступами исследуемых форм. Выявлены основные отличия в уровне вторых моментов пульсаций скорости <и'у!> и <и!х'>, положении их локальных максимумов по высоте канала и по продольной координате для тонкого и полуцилиндрического выступов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных

результатов диссертации:

1 .Душина O.A. Исследование применимости пакета FLUENT к моделированию дозвуковых отрывных течений / Молочников В.М., Михеев Н.И., Душина O.A. // Теплофизика и аэромеханика. 2009. - Т. 16, №3. С.387-394.

2. Душина O.A. Структура потока за выступом в канале в условиях ламинарно-турбулентного перехода / Душина O.A., Молочников В.М., Паерелий A.A., Михеев Н.И., Леманов В.В. // Теплофизика и аэромеханика. 2010 - Т.17, №3. С. 349-361.

Работы, опубликованные в других изданиях:

3. Душина O.A. Управление ламинарно-турбулентным переходом для интенсификации теплообмена в каналах с элементами дискретной шероховатости / Душина O.A., Молочников В.М., Михеев Н.И., Паерелий A.A., Леманов В.В. // Тепловые процессы в технике. 2009 -№10. С.410-415.

4. Душина O.A. Расчетно-экспериментальное исследование ламинарного отрывного течения за ребром / Душина O.A., Паерелий A.A. // Сборник материалов XXI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» г.Казань, 12-14 мая 2009 г. -Казань: Изд-во «Отечество», 2009. Ч.2.С.40-41.

5. Душина O.A. Использование пакета Fluent для моделирования отрывных течений / Душина O.A., Михеев Н.И., Молочников В.М. // Труды XVII Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» г.Жуковский, 25-29 мая 2009 г. - М.: Издательский дом МЭИ. Т.1.2009 - С.78-81.

6. Душина O.A. Управление ламинарно-турбулентным переходом для интенсификации теплообмена в каналах с элементами дискретной шероховатости / Душина O.A., Молочников В.М., Михеев Н.И., Паерелий A.A., Леманов В.В. // Труды XVII Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.ИЛеонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» г.Жуковский, 25-29 мая 2009 г. - М.: Издательский дом МЭИ. Т.2. 2009-С.48-51.

7. Душина O.A. Проблема моделирования отрывных течений в пакете Fluent / Душина O.A., Молочников В.М. // Модели и методы аэродинамики. Материалы Девятой Международной школы-семинара, г.Евпатория, Украина, 4-13 июня 2009 г. - М.: МЦНМО. 2009. - С.72-74.

8. Душина O.A. PIV-измерения параметров потока за ребром в канале на ламинарном, переходном и турбулентном режимах течения / Душина O.A.,

Молочников В.М., Паерелий A.A. // Модели и методы аэродинамики. Материалы Девятой Международной школы-семинара, г.Евпатория, Украина, 4-13 июня 2009 г. - М.: МЦНМО. 2009. - С.74-75. 9 Душина O.A. Ламинарно-турбулентный переход в каналах с элементами дискретной шероховатости различной формы / Молочников В.М., Михеев Н.И., Паерелий A.A., Душина O.A. // Модели и методы аэродинамики. Материалы Десятой Международной школы-семинара, г.Евпатория, Украина, 3-12 июня 2010 г.-М.: МЦНМО. 2010. -С.117-118. 10. Душина O.A. Визуализация отрывного течения за выступом в канале в условиях ламинарно-турбулентного перехода / Паерелий A.A., Душина O.A. // Материалы VII Шксшы-семинара молодых ученых и специалистов акад. РАН В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г.Казань, 15-17 сентября 2010 г.- Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2010 - С.210-213. 11 .Душина O.A. Ламинарно-турбулентный переход в дискретно шероховатых каналах // Молочников В.М., Паерелий A.A., Душина O.A., Кирилин А.К. // труды Пятой Российской национальной конференции по теплообмену в 8 томах. Т.2. Вынужденная конвекция однофазной жидкости. - М. Издательский дом МЭИ, 2010. - С.205-208.

Подписано в печать 19.10.10 г. Форм. бум. 60x801/16. Печ. л.1,0. Тираж 100. Заказ № 348. Отпечатано с готового оригинал - макета в ООО «Вестфапика» г. Казань, ул. Б. Красная, 67. Тел.: 236-62-72

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Душина, Ольга Андреевна

Перечень основных условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Проблема изучения структуры течения в каналах с элементами дискретной шероховатости в форме поперечных выступов при низких числах Рейнольдса.

1.1. Интенсификация теплообмена в каналах с помощью элементов дискретной шероховатости.

1.2. Структура потока в каналах с элементами дискретной шероховатости в форме поперечных выступов.

Глава 2. Методика проведения исследований и экспериментальное оборудование.

2.1. Экспериментальная установка и рабочий участок.

2.2. Методика проведения исследований.

2.2.1. Метод Particle Image Velocimetry (PIV).

2.2.2. Обработка данных в методе PIV.

2.2.3. Визуализация течения.

2.2.4. Термоанемометрические измерения.

Глава 3. Кинематическая структура потока за поперечными выступами в канале в области ламинарно-турбулентного перехода.

3.1. Результаты визуализации течения.

3.2. Результаты исследования мгновенного векторного поля скорости потока.

Глава 4. Статистические характеристики течения за выступами» в канале на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

4.1. Результаты термоанемометрических измерений.

4.2. Результаты PIV измерений.

Введение диссертация по механике, на тему "Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса"

На современном этапе развития общества чрезвычайно актуальными становятся вопросы энерго- и ресурсосбережения. Внедрение в промышленность энергосберегающих технологий требует создания более эффективного и менее металлоемкого энергетического оборудования. В этих условиях совершенствованию процессов передачи теплоты уделяется особое внимание. Одним из путей создания экономичных теплообменных аппаратов и систем охлаждения является использование пристенной интенсификации теплообмена. Известно, что применение интенсификаторов наиболее эффективно при низких числах Рейнольдса, соответствующих ламинарному и переходному режимам течения теплоносителя (А.И.Леонтьев, Г.А.Дрейцер, Э.К.Калинин, В.И.Терехов, В.В.Олимпиев, Ю.Ф.Гортышов, Ю.Г.Назмеев и др.). На этих режимах наибольшее увеличение коэффициента теплоотдачи при меньшем приросте гидравлического сопротивления канала (затрат на прокачку теплоносителя) позволяют обеспечить элементы дискретной шероховатости в форме поперечных выступов (А.И.Леонтьев, Ю.Г.Назмеев, Ю.Ф.Гортышов, В.В.Олимпиев, И.А.Попов и др.).

Имеющиеся данные о структуре потока за поперечными выступами в каналах на ламинарном и переходном режимах течения являются неполными и не носят систематического характера. Практически отсутствуют сведения о влиянии формы выступа на границы ламинарно-турбулентного перехода и характеристики потока в канале на переходных режимах. Нет информации о динамике вихревой структуры течения^ на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода при отрыве потока за выступами различной формы, не выявлены основные закономерности распределения статистических характеристик гидродинамических параметров течения в отрывной области. Достоверные данные о структуре потока при обтекании поперечных выступов различной формы в каналах позволят выявить особенности механизмов интенсификации теплообмена в рассматриваемых условиях, осознанно«* подходить к выбору геометрических параметров элементов дискретной шероховатости и режимов работы теплообменного оборудования и, тем самым, обеспечить наибольшую его теплогидравлическую эффективность.

Научная новизна:

3. Определено влияние формы выступа на значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного' переходам в канале, вызванного отрывом потока при обтекании выступов.

Рекомендации по использованию результатов. Результаты экспериментального исследования и обобщения опытных данных, а также информация о взаимосвязи режимных характеристик потока с геометрическими параметрами выступов могут быть использованы при расчете и проектировании теплообменных аппаратов. Полученные результаты дополняют базу данных для верификации теоретических моделей и методов расчета отрывных течений в дискретно шероховатых каналах.

Автор защищает:

1. Результаты комплексных экспериментальных исследований течения в канале с единичным тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами при низких числах Рейнольдса, включающих визуализацию течения, термоанемометрические измерения скорости потока и РГУ-измерения мгновенных векторных полей скорости:

2. Закономерности динамики формирования крупномасштабных вихревых структур на ранних этапах потери устойчивости слоя смешения за выступами исследуемых форм и эволюции этих структур в области присоединения потока.

3. Данные о влиянии формы выступа на значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного перехода в канале, вызванного отрывом потока при обтекании выступов.

4. Обобщенные закономерности изменения 1 статистических характеристик потока в канале за единичным тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены лично соискателем. Соискатель самостоятельно провел экспериментальные исследования, выполнил обработку, анализ и обобщение полученных данных. К анализу мгновенных векторных полей скорости и завихренности потока за тонким поперечным выступом привлечены данные, полученные совместно с А.А.Паерелием. Статистическая обработка этих данных, их анализ и обобщение выполнены соискателем.

Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на XXI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», г. Казань, 12-14 мая 2009 г.; XVII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» 25-29 мая 2009 г., г.Жуковский, Россия; IX и X Международной Школе-семинаре «Модели и методы аэромеханики», г.Евпатория, Украина, 2009 и 2010 гг.; VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г. Казань, 15-17 сентября 2010 г.; на итоговых научных конференциях Казанского научного центра РАН (за 2008, 2009 гг.); на аспирантских семинарах Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН в 2008- 2010 гг.

Публикации. Соискатель имеет 24 печатных работы, из них 5 - в рекомендованных ВАК РФ журналах. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах [16-22, 43, 44, 46, 58], в том числе 2 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций [21, 43].

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 138 наименований. Объем диссертации составляет 166 страниц машинописного текста, включая 106 рисунков и 3 таблицы.

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате совместного анализа экспериментальной информации о динамике кинематической структуры течения, мгновенных векторных полях скорости потока, его локальных и распределенных статистических характеристиках получены новые закономерности пространственно-временной и вихревой структуры потока в канале за тонким и полуцилиндрическим поперечными выступами при низких числах Рейнольдса (Кен=372.8535).

2. Выявлено влияние формы поперечного выступа на критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее началу ламинарно-турбулентного перехода в канале, при котором в слое смешения за выступом начинается формирование крупномасштабных поперечных вихревых структур. Показано, что для тонкого выступа (ребра) это значение составляет Кен~500 (1^-130), а для полуцилиндрического выступа Кен~1300 (Яеь~ 230).

3. Выявлено два наиболее вероятных сценария эволюции крупных вихрей в области присоединения потока. Для каждой формы выступа определен диапазон чисел Рейнольдса, в пределах которого реализуются эти сценарии. Показано, что, начиная с Кен~1300 для выступов обеих форм в окрестности области присоединения потока наблюдается эффект попарного слияния вихрей.

4. По результатам визуализации и спектрального анализа данных термоанемометрических измерений скорости потока выполнена оценка частоты формирования вихревых структур в слое смешения. Получена зависимость этой частоты от числа Рейнольдса.

6. Выполнена оценка скорости переноса крупномасштабных вихревых структур, формирующихся в слое смешения на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода. Показано, что на начальной стадии формирования вихрей она составляет 0,5. 0,6 скорости невозмущенного потока и увеличивается с удалением от выступа.

7. На основе Р1У-измерений получены основные закономерности распределения статистических характеристик скорости потока в канале за выступами исследуемой формы. Выявлены основные отличия в уровне корреляций <и'и'> и <м'у'>, положении их локальных максимумов по высоте канала и по продольной координате для тонкого и полуцилиндрического выступов.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Душина, Ольга Андреевна, Казань

1. Боголюбов Ю.Н., Лифшиц М.Н., Григорьев Г.В. Результаты исследования и промышленного внедрения винтообразно профилированных труб // Теплоэнергетика. 1981. №7. С.48-50.

2. Бойко A.B., Грек Г.Р., Довгаль A.B., Козлов В.В. Возникновение турбулентности в пристенных течениях. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН. 1999. 328 с.

3. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К., Франкфурт М.О. Статистические характеристики пульсаций давления в зоне отрыва потока на пластине за интерцептором // Акустический журнал. 1979.- Т. 25, вып. 3. С.367-372.

4. Голдстин, Эриксен, Олсон, Эккерт. Отрыв ламинарного пограничного слоя, повторное присоединение и перестройка режима течения при обтекании уступа // Теоретические основы инженерных расчетов. 1970, № 4 с.56.

5. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В. Теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом. Казань: КГТУ им. А.Н.Туполева, 1999. 175 с.

6. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Байгалиев Б.Е. Теплогидравлический расчет и проектирование оборудования с интенсифицированным теплообменом. Казань: Изд-во Казан. Гос. техн. ун-та, 2004. 432 с.

7. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторов теплоотдачи. (Обзор. Анализ. Рекомендации) // Изв. РАН. Энергетика. 2002. №3. С.102-118.

8. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков A.B., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена: монография / под общ. ред.

9. Ю.Ф.Гортышова- Казань: Центр инновационных технологий, 2009.- 531 с.

10. Грешилов Е.М., Евтушенко A.B., Лямшев J1.M. О спектральных характеристиках пристеночных пульсаций давления при отрыве пограничного слоя за выступом на гладкой стенке // Акустический журнал. 1969.- Т. 15, вып. 1. С.33-39.

11. Ю.Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леонтьев А.И. и др. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2008. 536 с.

12. Диковская И.Д., Довгаль A.B., Сорокин A.M. Переход к турбулентности и образование регулярных вихрей в зоне отрыва пограничного слоя // Теплофизика и аэромеханика 1999 - т.6, №1. - С.27-36.

13. Довгаль A.B., Сорокин A.M. Неустойчивость течения в зоне отрыва ламинарного пограничного слоя к сходу периодических вихрей // Теплофизика и аэромеханика.- 2001 Т.8, №2 - С.189-197.

14. Довгаль A.B., Сорокин A.M. Экспериментальное моделирование периодического вихреобразования при отрыве течения за уступом поверхности // Теплофизика и аэромеханика — 2002. Т.9, №2. С. 193-200.

15. Н.Дурст Ф., Растоги А.К. Теоретические и экспериментальные исследования турбулентных течений с отрывом // Турбулентные сдвиговые течения 1. -М.: Машиностроение. 1982. С.214-227.

16. Дурст Ф., Растоги А.К. Турбулентное течение за двумерными перегородками // Турбулентные сдвиговые течения 2- М.: Машиностроение.-1983.- С.229-246.

17. Душина O.A., Молочников В.М. Проблема моделирования отрывных течений в пакете FLUENT // Модели и методы аэродинамики. Материалы Девятой Международной школы-семинара. Евпатория, 4-13 июня 2009. -М.: МЦНМО- 2009. С. 72-74.

18. Душина O.A., Молочников В.М., Михеев Н.И., Паерелий A.A., Леманов В.В. Управление ламинарно-турбулентным переходом для интенсификации теплообмена в каналах с элементами дискретной шероховатости // Тепловые процессы в технике. 2009 №10. С.410-415.

19. Душина O.A., Молочников В.М., Паерелий A.A., Михеев Н.И., Леманов

20. B.В. Структура потока за выступом в канале в условиях ламинарно-турбулентного перехода // Теплофизика и аэромеханика. 2010 Т.17, №3.1. C. 349-361.

21. Итон Дж.К., Джонстон Дж.П. Обзор исследований дозвуковых присоединяющихся течений // Ракетная техника и космонавтика. 1981. Т. 19, №10 —С.7-19.

22. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин A.C. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998, 407 с.

23. Кантуэлл Б.Дж. Организованные движения в турбулентных потоках // Вихри и волны.- М.: Мир.- 1984.- С.9-79.

24. Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А., Алексеев В.В. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках вязких сплошных сред и интенсификация тепломассообмена, сопровождающая это явление. М.: Изд-во МЭИ, 2005, 84 с.

25. Кикнадзе Г.И., Краснов Ю.К., Подымако Н.Ф., Хабенский В.Б. Самоорганизация вихревых структур при обтекании водой полусферической лунки // Докл. АН СССР.- 1986.- Т.291, №1.- С.1315-1318.

26. Кикнадзе Г.И., Олейников В.Г. Самоорганизация смерчеобразных вихревых структур в потоках газов и жидкостей и интенсификация тепло-и массообмена // Препринт Института теплофизики СО АН СССР, 1990. 227.-46 с.

27. Козлов А.П., Михеев Н.И., Молочников В.М., Давлетшин И.А. Процессы переноса импульса и теплоты в пристенных турбулентных течениях // Тр. 3-й Рос. Нац. конф. по теплообмену. Москва,21-25 октября 2002г. Москва: Изд. МЭИ. Т.2. С. 174-177.

28. Козлов А.П., Михеев Н.И., Молочников В.М., Сайкин А.К. Термоанемометрические измерения поверхностного трения в отрывных течениях. Казань: АБАК, 1998. 134 с.

29. Козлов А.П., Михеев Н.И., Молочников В.М., Сайкин А.К. Характеристики вектора поверхностного трения в турбулентных отрывных и присоединяющихся течениях // Известия РАН. Энергетика. 1998. №4. С. 3-31.

30. Козлов А.П., Михеев Н.И., Молочников В.М., Стинский Г.В. Характеристики поверхностного трения и теплового потока в турбулентных отрывных течениях // Изв. РАН. Энергетика. 2002. N5. СЛ19-153.

31. Козлов В.В., Грек Г.Р., Лефдаль Л.Л. и др. Роль продольных локализованных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничных слоях и струях (обзор) // ПМТФ. 2002. Т. 43. № 2. С. 62.

32. Комаров П.Л., Поляков А.Ф. Исследование характеристик турбулентности и теплообмена за обратным уступом в щелевом канале / Препринт ИВТАН №2-396.-М., 1996, 70 с.

33. Ларичкин В.В., Литвиненко М.В., Щербаков В.А. Экспериментальное исследование турбулентного течения в окрестности двумерного препятствия в пограничном слое // Теплофизика и аэромеханика.- 2002. Т.9,. №1. С.73-85.

34. Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективные интенсификаторы теплоотдачи для ламинарных (турбулентных) потоков в каналах энергоустановок // Изв. РАН. Энергетика. 2005. №1, С.75-91.

35. Леонтьев А.И., Ивин В.И., Грехов Л.В. Полуэмпирический способ оценки уровня теплообмена за точкой отрыва пограничного слоя // ИФЖ. 1984. Т.47. № 4. С. 543.

36. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980. 143 с.

37. Молочников В.М., Михеев Н.И., Душина O.A. Исследование применимости пакета Fluent к моделированию дозвуковых отрывных течений // Теплофизика и аэромеханика. 2009. Т. 16, №3. С.387-394.

38. Молочников В.М., Михеев Н.И., Паерелий A.A., Хайрнасов K.P. Отрыв потока за выступом в канале при ламинарном режиме течения // Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15, № 4. С. 611-621.

39. Мосс В.Д., Бэкер С., Бредбери Л.Дж.С. Измерения средней скорости и рейнольдсовых напряжений в некоторых областях рециркуляционных течений // В сб. Турбулентные сдвиговые течения. М.: Машиностроение, 1982. С.203-213.

40. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. М.: Энергоатомиздат, 1998. 376 с.

41. Павловский В.Г. К вопросу о влиянии конфигурации турбулизаторов на тепловую эффективность поверхности стенки канала // ИФЖ, 1969. Т. 17. №1. С.156-159.

42. Паерелий A.A. Пространственно-временная структура потока в каналах с элементами дискретной шероховатости на ламинарном и переходном режимах течения. Дис. . канд. техн. наук. Казань. 2009. 124 с.

43. Паерелий A.A., Душина O.A. Визуализация отрывного течения за выступом в канале в условиях ламинарно-турбулентного перехода // Материалы VII Школы-семинара молодых ученых и специалистов акад.

44. В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 15-17 сентября 2010 г. Изд-во Казанского гос. ун-та. 2010. С.210-213.

45. Руководство пользователя программы "ActualFlow". Версия 1.15 // Новосибирск. Институт теплофизики СО РАН. 2007. 160 с.

46. Синха С.Х., Гупта А.К., Оберай М.М. Ламинарное отрывное обтекание уступов и каверн. Часть I. Течение за уступом // Ракетная техника и космонавтика. 1981. Т.19, №12.- С.33-37.

47. Терехов В.И., Ярыгина Н.И., Смульский Я.И. Особенности теплообмена в отрывном течении за плоским ребром, расположенным под углом к основному потоку, при изменении внешней турбулентности // Теплофизика и аэромеханика. 2008-Т.15, №2. С.219-227.

48. Терехов В.И., Ярыгина Н.И., Шапорин А.В. Теплоотдача в трехмерном отрывном течении прямоугольной каверны // Промышленная теплотехника, 1999.- Т.21, №2-3. С.22-25.

49. Хун, Се, Ши. Численный расчет отрыва и присоединения потока при ламинарном обтекании установленного на плоской поверхности ребра // Современное машиностроение. Сер.А. 1991, №9, С.43-51.

50. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 712 с.

51. Ahn S.W. The effect of roughness type on friction factors and heat transfer in roughened rectangular duct // Int. Comm. Heat Mass Transfer, 2001. Vol.28, pp.933-942.

52. Ahn S.W., Choi H., and Lee J.S. Large eddy simulation of flow and heat transfer in a channel roughened by square or semicircular ribs // Trans. ASME J. Turbomach, 2005. Vol.127, pp.263-269.

53. Alam M., Sandham N.D. Direct numerical simulation of "short" laminar separation bubbles with turbulent reattachment // J. Fluid Mech. 2000, 403. P.223-250.

54. Armaly B.F., Durst F., Pereira J.C.F., Schonung B. Experimental and theoretical investigation of backward-facing step flow // J. Fluid Mech. 1983, vol.127. P.473-496.

55. Armaly B.F., Li A., Nie J.H. Measurements in three-dimensional laminar separated flow // Int. J. Heat Mass Transfer 46. 2003. P.3573-3582.

56. Barton I.E. Computation of particle tracks over a backward-facing step // J. Aerosol.- 1995. Vol.26, No. 6. P.887-901.

57. Barton I.E. The entrance effect of laminar flow over a backward-facing step geometry // Int. J. Numerical Meth. Fluids 1997. Vol.25. P.633-644.

58. Becker S., Condie K.G., Stoots C.M., McEligot D.M. Reynolds stress development in the viscous layer of a transitional boundary layer // LaminarTurbulent Transition (Ed: H.F.Fasel and W.C.Saric). 2000. Berlin: Springer, pp.327-332.

59. Becker S., Stoots C.M., Condie K.G., Durst F. and McEligot D.M. LDA-measurements of transitional flows induced by a square rib // J. Fluid Eng. 124, 2002, pp.108-117.

60. Biswas G., Breuer M., Durst F. Backward-facing step flows for various expansion ratios at low and moderate Reynolds numbers // J. Fluids Eng. 2004, Vol.126. P.362-374.

61. Boiko A., Dovgal A., Hein S., Henning A. Particle image velocimetry of a low-Reynolds-number separation bubble // Exp. Fluids. 2010. DOI 10.1007/s00348-010-0887-z (published online).

62. Bradshaw P. and Wong F.Y.F. The reattachment and relaxation of a turbulent shear layer // J. Fluid Mech., Vol.52, Pt.l, 1972, pp.113-135.

63. Chandra P.R., Fontenot M.L., and Han J.C. Effect of rib profiles on turbulent channel flow heat transfer // AIAA J. Thermophysics and Heat Transfer, 1998. Vol.12, pp.116-118.

64. Chandrsuda C. A reattaching turbulent shear layer in incompressible flow // Ph.D.thesis, Dept. of Aeronautics, Imperial College of Science and Technology, 1975.

65. Chen Y.-M., Wang K.-C. Simulation and measurement of turbulent heat transfer in a channel with a surface-mounted rectangular heated block // Heat and Mass Transfer, 1996. 31, pp.463-473.

66. Chiang Shih, Chih-Ming Ho. Three-dimensional recirculation flow in a backward facing step // J. Fluids Eng. Vol. 116. 1994.- P.228-232.

67. Chiang T.P., Sheu T.W.H. A numerical revisit of backward-facing step flow problem // Phys. Fluids.- 1999. Vol.11, №4. P.862-874.

68. Ciofalo M. Large-eddy simulation of turbulent flow and heat transfer in plane and rib-roughened channels // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 1992. Vol.15.—pp.453-489.

69. Cui J., Patel V.C., Lin C.-L. Large-eddy simulation of turbulent flow in a channel with rib roughness // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2003. 24 pp.372388.

70. Denham M.K. and Patrick M.A. Laminar flow over a downstream facing step in a channel // Transactions of the Institute of Chemical Engineers, Vol.52, 1974, pp.361-367.

71. Djenidi L., Elavarasan R., Antonia R.A. The turbulent boundary layer over transverse square cavities // J. Fluid Mech. 395. 1999, pp.271-294.

72. Dovgal A.V., Kozlov V.V., Michalke A. Laminar boundary layer separation: instability and associated phenomena // Prog Aerospace Sci.- 1994.- 30.- Pp.6194.

73. Edwards F.J., Sheriff N. The heat transfer and friction characteristic for forced convection air flow over a particular type of rough surface // International development in heat transfer, Part II. pp.415-425.

74. Erturk E. Numerical solutions of 2-D steady incompressible flow over a backward-facing step, Part I: high Reynolds number solutions // Computers&Fluids 37. 2008. P.633-655.

75. Gee D.L., Webb R.L. Forced convection heat transfer in helically rib-roughened tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 1980. V.23. P. 1127-1136.

76. Han J.C. Heat transfer and friction in channels with two opposite rib-roughened walls // Trans. ASME J. Heat Transfer, 1984. Vol.106.- pp.774-781.

77. Han J.C., Glicksman L.R., and Rohsenow W.M. An investigation of heat transfer and friction for rib-roughened surfaces // Int. J. Heat Mass Transfer, 1978. Vol.21, pp.1143-1156.

78. Kamali R., and Binesh A.R. The importance of rib shapes on the local heat transfer and flow friction characteristics of square ducts with ribbed internal surface // Int. Comm. Heat Mass Transfer, 2008. Vol.35, pp. 1032-1040.

79. Ke F., Lui V., Chen H., Hide K. Simultaneous flow visualization and wall-pressure measurement of the turbulent separated and reattaching flow over backward-facing step // J. Hydrodyn. B. 2007. V.19, № 2.- P. 180-187.

80. Kim J., Kline S.J., and Johnston J.P. Investigation of separation and reattachment of a turbulent shear layer: flow over a backward-facing step // Thermosciences Div., Dept. of Mechanical Engineering, Stanford Univ., Rept. MD-37, 1978.

81. Kottke V. Influence of temperature and concentration boundary layers at separation on heat and mass transfer in separated flows // Proc. 7 Int. Heat Transfer Conf. Munich, 1982, V.3, p.177-182.

82. Krogstad P.A., Antonia R.A., Browne L.W. Comparison between rough- and smooth-wall turbulent boundary layers // J. Fluid Mech. 245. 1992, pp.599-617.

83. Lee T., Mateescu D. Experimental and numerical investigation of 2-D backward-facing step flow // J. Fluids Struct 1998. No. 12. P.703-716.

84. Liou T.M., and Hwang J J. Effect of ridge shapes on turbulent heat transfer and friction in rectangular channel // Int. J. Heat Mass Transfer, 1993. Vol.36, pp.931-940.

85. Liou T.-M., Chang Y., Hwang D.-W. Experimental and computational study of turbulent flows in a channel with two pairs of turbulence promoters in tandem // Journal of Fluids Engineering. 1990. Vol.112. pp.302-310.

86. Liou T.-M., Hwang J.-J. Turbulent heat transfer augmentation and friction in periodic fully developed channel flows // ASME Journal of Heat Transfer. 1991, Vol.114, No.l,pp.56-64.

87. Liou T.-M., Hwang J.-J., Chen S.-H. Simulation and measurement of enhanced turbulent heat transfer in a channel with periodic ribs on one principal wall // Int. J. Heat Mass Transfer. 1993. Vol.36, No.2, pp. 507-517.

88. Liou T.-M., Wu Y.-Y., Chang Y. LDV measurements of periodic fully developed main and secondary flows in a channel with rib-disturbed walls // J. Fluids Eng. 1993. Vol. 15, pp. 109-114.

89. Lockett J.F., and Collins M.W. Holographic interferometry applied to rib-roughness heat transfer in turbulent flow // Int. J. Heat Mass Transfer, 1990. Vol.33, pp.2439-2449.

90. McGuinness M. Flow with a separation bubble steady and unsteady aspects // Ph.D. thesis, Cambridge Univ., 1978.

91. Morinishi Y., and Kobayashi T. Turbulence structure of separation region in backward-facing step flow (Estimation using LES data) // Trans. Japan Soc. Mech. Eng. B, 58. 1992, pp.2730-2735.

92. Nie J.H., Armaly B.F. Reattachment of three-dimensional flow adjacent to backward-facing step // J.Heat Transfer. 2003. Vol.125. P. 422-428.

93. Nie J.H., Armaly B.F. Reverse flow regions in three-dimensional backward-facing step flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2004. 47.- pp.4713-4720.

94. Okamoto S. et al. Turbulent shear flow and heat transfer over the repeated two-dimensional square ribs on ground plane // Journal of Fluids Engineering. 1993. Vol.115.-pp.631-637.

95. Okita Y., Ayukawa K., Nakamura K., Ichimiya M., Nakase Y. The flow over an inclined fence in a turbulent boundary layer // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B 2001. Vol.67, №655. P.645-650.

96. Panigrahi P.K. Fundamentally excited flow past a surface-mounted rib. Part II: Kinetic energy budget details // Sadhana- 2001. Vol.26. Part 5. P.413-437.

97. Pauley L.L., Moim P., Reynolds W. The structure of two-dimensional separation // J. Fluid Mech. 1990, 220. P.397-411.

98. Paumard G. Forced convection in corrugated tubes // Int. Seminar "Heat and Mass Transfer in Flow with Separated Regions and Measurement Techniques". Herceg-Novi, Yugoslavia, September 1-13, 1969. P.34.

99. Perry A.E., Schofield W.H., Joubert P.N. Rough wall turbulent boundary layers // J. Fluid Mech. 1969. 37.- pp.383-413.

100. Rani H.P., Sheu T.W.H., Tsai S.F. Eddy structures in a transitional backward-facing step flow // J. Fluid Mech.- 2007. Vol.588. P.43-58.

101. Richards R.F., Young M.F., Haiad J.C. Turbulent forced convection heat transfer from a bottom heated open surface cavity // Int. J. Heat Mass Transfer, 1987.- V.30, No. 11.- P.2281-2287.

102. Rinoie K., Shirai Y., Sunada Y. Behavior of separated and reattaching flow formed over a backward facing step // Trans. Japan Soc. Aero. Space Sei. 2002. Vol.45, No. 147, pp.20-27.

103. Sato H., Hashida K., Maeda M. Characteristics of turbulent flow and heat transfer in a rectangular channel with repeated rib roughness // Exp. Heat Transfer. 1992, vol.5, pp.1-16.

104. Sethumadhavan R., Raja Rao M. Turbulent flow heat transfer fluid friction in helical-wire-coil-inserted tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 1983. V.26. P.1833-1844.

105. Shin C., Ding Z., Buzyna G., Wang X. The unsteady flow structure of backward-facing step // Proc. of the 6th Int. Symp. on Flow Modelling and Turbulence Measurements. Sept. 1996, Tallahassee, USA. Balkema, Rotterdam - 1996.-P.55-62.

106. Sigurdson L.W., Roshko A. The structure and control of a turbulent reattaching flow / Turbulence Management and Relaminarization.- SpringerVerlag, 1988.- P.497-514.

107. Stoots C.M., Becker S., Condie K.G., Durst F. and D.M.McEligot. A large-scale matched-index-of-refraction flow facility for LDA studies of complex geometries //Exp. Fluids, 30. 2001, pp.391-398.

108. Stüer H. Investigation of separation on a forward facing step / Schriftenreihe des Instituts für Hydromechanik und Wasserwirtschaft. — Zürich; 1999.- Band 5.-170 s.

109. Tachie M.F. Particle image velocimetry study of turbulent flow over transverse square ribs in an asymmetric diffuser // Physics of fluids, 19. 2007. -P.(065106)-l-(065106)-15.

110. Tani J. Turbulent boundary layer development over rough surfaces // Perspectives in Turbulent Studies. Springer. 1987.

111. Taslim M.E., and Korotky G.J. Low-aspect-ratio rib heat transfer coefficient measurements in a square channel // Tran. ASME J. Turbomach., 1998. Vol.120, pp. 831-838.

112. Terekhov V.I., Tretyakov S.P., Yarygina N.I. Heat transfer in turbulent separated flows behind large obstacles on the plate // Heat Transfer Research, 1993. Vol.25, No.5, pp.615-619.

113. Tylli N., Kaiktis L., Ineichen B. Sidewall effects in flow over a backward-facing step: Experiments and numerical simulations // Physics of Fluids. Vol.14. 2002 -P.3835-3845.

114. Wee D., Yi T., Annaswamy A., Ghoniem A. Self-sustained oscillations and vortex shedding in backward-facing step flows: simulation and linear instability analysis // Physics of Fluids. Vol.16. 2004. P.3361-3373.

115. Yanaoka H., Inamura T., Kobayashi R. Numerical simulation of separated flow transition and heat transfer around a two-dimensional rib // Heat Transfer -Asian Research, 36 (8), 2007. P. 513-528.

116. Yanase S., Kawahara G., Kiyama H. Three-dimensional vortical structures of a backward-facing step flow at moderate Reynolds numbers // J. Phys. Soc. Jap.- 2001. Vol.70, №12. P.3550-3555.

117. Yang Z., Voke P.R., Large-eddy simulation of boundary-layer separation and transition at a change of surface curvature // J. Fluid Mech. 2001, 439.1. P.305-333.