Диссертация (Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессов с жидкометаллическими рабочими телами), страница 12

1.37. Схема опытного участка и основных измерений. 1 – вольтметр; 2 –осциллограф; 3 – блок обработки сигнала; 4 – источник питания; 5, 6, 7 – частотомеры; 8 –волоконно-оптический преобразователь скорости; 9, 10 – координатные устройства, 11 –цилиндр; 12 – хонейкомб.Преобразователь вводился в канал сверху через специальные отверстия(см. рис. 1.35 и рис. 1.37).

Зонд крепился на координатное устройство,позволяющее перемещать преобразователь как в вертикальном, так игоризонтальном направлениях с точностью ±0.1 мм. При исследовании МГД– обтекания тел цилиндр, с образующей параллельной магнитному полю,крепился на устройстве 10 (рис. 1.37), размещенном на координатнике 9, исовместно с преобразователем 8 вставлялся в рабочее отверстие опытногоучастка.

Описанная конструкция позволяла до погружения в канал с75помощью катетометра определять начальное положение чувствительногоэлемента преобразователя скорости относительно оси цилиндра. Этоположение также контролировалось по оси симметрии профиля осредненнойскорости перед цилиндром и в его следе.Сигнал с волоконно-оптического преобразователя скорости обрабатывалсяпометодике,описаннойвыше.Контрольтемпературыжидкостиосуществлялся с помощью термопар типа хромель – алюмель, закрепленныхна поверхности соединительных труб впереди и за рабочим участком, атакжезатрубойВентури.Результатыпроведенныхисследованийпредставлены ниже.1.01.0z/by/a0.50.5-1-2-1-20.00.0-0.5-0.5-1.00.0-1.00.51.0 w/<w>0.00.51.0 w/<w>Рис. 1.38.

Измеренные профили средней скорости W по двум осям симметрии канала. 1 –В =0.6 Тл; 2 – В=0. <W> – среднемассовое значение скорости.1.2.2.5.в. Результаты исследованийВнесенные дополнительные элементырабочегоучастка(входноеустройство, хонейкомб) позволили, как видно из рис. 1.38, в значительнойстепени устранить характерный для предыдущих исследований дефектнеравномерности профиля скорости при перечном МГД - обтеканиицилиндра.

Измерения, выполненные на расстоянии 100 мм вниз по потоку от76хонейкомба,показали,что профильскоростивблизи цилиндраповертикальной оси z в пределах погрешности измерений однороден как вмагнитном поле, так и в его отсутствии. По оси у (вдоль поля) значенияскорости в ядре потока и на расстоянии 2 мм от стенки различаются не болеечем на 8% и 2% при В=0 и В=0.6 Тл, соответственно.10102010Z, ммZ, ммW, см/с0W, см/с10 0x/d=-0.9-10Z, ммW, см/с10-420Z, ммW, см/с10 0x/d=-1.5x/d=-2.1-1010Z, мм0-1010x/d=2.10x/d=10.5-10Z, ммW, см/сW, см/с0-2020Z, ммW, см/сW, см/с0-200x/d=24.5-20Z, ммW, см/с0x/d=14.5x/d=12.5-202020Z, ммx/d=36.5-20а)101010Z, ммZ, ммW, см/с0x/d=-2.120Z, ммW, см/с10 0-1010Z, ммZ, ммW, см/сW, см/с10 0 W, см/с 10x/d=-1.5-10-4 0x/d=-0.9x/d=2.1-10-101010 0x/d=10.5б)-20Рис.

1.39. Профили осредненной скорости впереди и в следе цилиндра. (а) – В = 0. (б) – В= 0.6 Тл.33z/d1222123z/d021~w/w0.10-1-10-1-2-2-2-2-3-3-3-30.3а)б)0.1 0.2~w/w-10.1 0.2121~w/w~w/wz/d1221103z/d0.3в)0.1 0.2 0.3г)Рис. 1.40. Профили интенсивности пульсаций скорости впереди и следе цилиндра. (а) –x/d=-2.1; (б) – 2.1; (в) – 12; (г) – 24.5. 1 – B = 0; 2 – 0.6 Tл.Результаты измерений профилей (по оси z) осредненного значенияскорости и среднеквадратичного значения пульсаций ее продольнойкомпоненты вблизи и в дальнем следе за поперечно обтекаемым цилиндромдиаметром 5 мм и длиной 20 мм представлены на рис.

1.39 и рис. 1.40. Нарис. 1.41 представлен относительный дефект скорости в следе за цилиндром,77где w’=(w0 – w)/<w>∞ безразмерный дефект скорости, w – локальнаяскорость, w0 – максимальная скорость, w’m – относительный дефект скоростина оси следа, z1/2 – значение z при котором w’=w’m/2. Как видно изпоследнего рисунка, полученный относительный дефект скорости в пределахпогрешности измерений не зависит от расстояния до цилиндра и совпадаеткак с результатами работы [1.85], так и с проверенным практикойтеоретическим профилем [1.79].

Следует также отметить, что опытныеданные, полученные в отсутствии магнитного поля и при B= 0.6 Tл,удовлетворительно описываются одной экспериментальной зависимостью.1.0W/Wm123450.860.60.40.2Z/Z0.50123Рис. 1.41. Относительный профиль дефекта скорости в следе за цилиндром. 1- x/d = 2.1; 2– 10.5; 3 – 12.5; 4 – 14.5; 5 – 24; 6 – расчет [1.79]. Светлые точки В = 0; темные точки – 0.6Тл.На рис. 1.42 рис.

1.43 показано изменение по длине относительногодефекта скорости на оси следа. Как видно из рис. 1.42, полученные данныепри x/Cxr ≤ 30 (Cx и r – соответственно коэффициент гидравлическогосопротивления и радиус цилиндра) удовлетворительно согласуются срезультатами других авторов. Расхождение при x/Cxr ≥ 50 и более быстроевыравнивание профиля скорости по длине канала, по-видимому, связано свлиянием стенок. Подобный эффект также наблюдался в работе [1.85].78123wm-w0w0.40.2x/Cxr02010304050Рис. 1.42.

Изменение относительного дефекта скорости на оси канала по длине следа. Cx =0.93; Re=4100. 1 – расчет [1.79]; 2 – эксперимент [1.79]; 3 – эксперимент при В = 0.1.6Wm – W012W1.20.80.4X/r01030204050Рис. 1.43. Изменение относительного дефекта скорости на оси канала по длине следа. 1 –В = 0; 2 – 0.6Тл.Изменение ширины следа в зависимости от расстояния до лобовой точкицилиндра показано на рис. 1.44. Как видно рисунка, ширина следа при В = 0и В = 0.6 Тл пропорциональна соответственно ~х1/2 и ~x1/3.10Z0.5, мм812642x/d21461020Рис.

1.44. Зависимость ширины следа от расстояния до оси цилиндра. 1 – В = 0; 2 – 0.6 Тл.0.40.3~W0 /W120.20.10x/d10203040Рис. 1.45. Зависимость интенсивности возмущений на оси следа от расстояния доцилиндра. 1 - В=0.6 Тл; 2 – 0.79На рис. 1.45 представлены зависимости интенсивности возмущений на осиследа от расстояния до цилиндра, из которых следует, что отношениеинтенсивности пульсаций скорости в поле В = 0.6 Тл и его отсутствиипримерно одинаково и равно двум. Это обстоятельство согласуется слитературнымиданнымиикосвеннымобразомсвидетельствуетобизменении генерации вихрей на цилиндре.z/d15z/dW, см/с0.5100.50-0.505125W, см/с0x/d-110012012W, см/с-0.5210-5510Рис. 1.46. Профили осредненной скорости вблизи цилиндра.

(а) – x=-4.5 мм; (б) – z=3 мм;(в) – x=10.5 мм. 1 – В = 0.6 Тл; 2 – В = 0.22z/dz/d121100-1-112~-20Wx‘, см/с~Wx‘, см/с-2120а)1234б)Рис. 1.47. Профили интенсивности возмущений вблизи цилиндра. (а) – x=-4.5 мм; (б) –10.5 мм. 1 – В = 0. 2 – В = 0.6 Тл;С целью выяснения причин возрастания пульсаций в следе нами былиизмерены поля средней скорости впереди, сбоку и сзади за цилиндромсоответственно на расстояниях 4.5 мм, 3 мм и 10.5 мм от его оси. Результаты80эксперимента показаны на рис.

1.46. Профили интенсивности возмущений,измеренные впереди и непосредственно сзади за цилиндром, представленына рис. 1.47.Из рис. 1.46 рис. 1.47 видно, что магнитное поле влияет как наосредненные, так и пульсационные характеристики течений. В частности,при В = 0.6 Тл дефект скорости перед лобовой точкой цилиндра на 20%больше, чем в отсутствии поля. При этом в магнитном поле сокращаетсяобласть возвратных течений, а скорость на боковых поверхностях цилиндраувеличивается.

Интенсивность пульсаций в ближнем следе за цилиндромзначительно выше. В соответствии с [1.86] вклад продольной компонентыпульсаций скорости в энергию следа можно оценить по значению ~wzw   ( x ) 2 d ( ) . При В = 0.6 Тл эта величина почти в два раза больше, чем вD  wxотсутствии поля.

Следует также предположить, что помимо увеличенияинтенсивности возмущений в следе за цилиндром, подобный рост пульсацийпри больших значениях индукции магнитного поля может иметь место ивпереди цилиндра (т.н. передний след).Описанные выше эффекты с непроводящим цилиндром однозначносвидетельствуют об изменениях обтекания и генерации возмущений подвлиянием магнитного поля в рассмотренных условиях. Измерения тех жехарактеристиктечениявблизимедногоцилиндрапоказали,чтоэлектропроводимость не влияет на результаты измерений.Можно предположить,что обнаруженноеизменениеобтеканиявмагнитном поле может оказать влияние на процессы тепломассообменанагретогоцилиндра.Сцельюэкспериментальнойпроверкиэтогопредположения было разработано специальное устройство, включающее всебя цилиндр с намотанным на его поверхности нагревателем и двеспециальные вставки, предназначенные для подвода электрического тока иразмещения цилиндра в центре канала.