Глава XV. Теплообмен на шероховатой поверхности и в отрывных зонах (1013644), страница 3
Текст из файла (страница 3)
60%. Течение внутри циркулнционной зоны может осуществляться по разным схемам. Уровень давления и характер теченля определяются отношением толщины вытеснения в точке отрыва б", к высоте уступа Н и значением критериев Рейнольдса Ке = и Н!т~ и Эйлера Ец =- = р„((р и''). При малом значении Ке и большой величине критерия Ец статическое давление плавно изменяется от максимального значения вблизи основания уступа (точка К,) до величины давления в точке отрыва (кривая 1). При увеличении критерии Ке и уменьшении Ец характер распределения давления существенно изменяется (кривая 2).
Появляется ярко выраженный минимум статического давления, расположенный в сечении, проходящем через центр вихревого движения. Внутри циркуляционной зоны газ от точки К движется к основанию уступа (к пластине) вначале в области отрицательного градиента давления до точки а на кривой рнс. !5.8, а затем на некотором расстоянии от пластины Ь, начинается торможение потока, сопровождающееся ростом давления.
Наличие положительного градиента давления вызывает отрыв потока в точке 5, и прилипаиие его на пластине в точке К,. При этом у основания уступа образуется дополнительная отрывная зона Ь,ОК,. В точке присоединения потока Км которая является критической, давление на пластине имеет максимальное значение. При распределении статического давления (см. рис. 15.8, кривая 1) газ, двигаясь от ззо х,/Н л,/н аз 2,г рд 'йрг 7,рр у,'~н !Рр /)е/и йгр йл й/р Рнс.
!5.!О. Зависимость координаты прнсоедвнення потока ан/Н от параметра Ь;/Н прн различных скоростях (и м/с): Х, С2, °, П вЂ” и ЗО; 00; 120: 2?Он/с соответствеаао Рнс. !5хи Зависимость длнвы отрыв- ной зоны от параметра 5,'/Н: Х, ° . Д. Π— (Яе„) ° 1Π— ' ОЛП 1,О; 2,01 2,0 соответственно точки Ят к отрывному сечению точки о, разгоняется и давление падает. В случае наличия минимума давления (кривая 2) поток у пластины, двигаясь от точки Йт, вначале разгоняется, а затем в области положительного градиента давления затормаживается.
При определенном соотношении параметров потока положительный градиент давления становится настолько значительным, что вызывает отрыв потока от пластины в точке 52 с последующим прилипанием его в точке Нт. При этом в циркуляцнонной зоне образуется вторая дополнительная отрывная зона 52 -- /тта. Для расчета теплообмена внутри циркуляционной зовы существенное значение имеет давление на линии присоединения потока на уступе (гр)н и хаРактеРное давление в зоне (ср)0. Из имеющихсЯ экспеРиментальных данных следует, что коэффициенты давления (гр)„— —. — и (ср)ь = —., " определяются величиной 6;/Н. Значение (с,)п в диапазоне 6",/Н = 0,033 ...
1,5 может быть определено из соотношения (с„)п =. 0,43 (Н/6,") О'О. При 6;/Н . 0,033 величина (ср)„асимптотически приближается к единице. Коэффициент давления (с )ь при 6;/Н =- 00,28 . 1,5, Ец.=- 1,! ... 230, тсе = — 2 1О' ... 4,5 !О' определяется из соотношения (со)ь = — 0,37 (Н/6')О'0 Геометрическими характеристиками циркуляциоиных зон являются длина зоны х, и расстояние от точки присоединения потока до основания уступа /2н, В случае двухмерного течения длина отрывной зоны и Ьп являются функцией отношения 6;/Н и ие зависят от критериев )те и Ец. Зависимость х,/Н = / (6",/Н) при. ведена на рис.
15.9. ДЛя ОПрЕдЕЛЕНИя КООрдИНатЫ ПрИСОЕдННЕНИя ПОтОКа /2н гут быть использованы экспериментальные данные, приведенные на рис. 15.10. 381 7б.б. ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ ВНУТРИ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ЗОНЫ 70 12 00 10 0Д 00 01 00 0,7 а4 0,7 0 0,7 0,4 0,0 0,20~ 0! 5/л, 20 Д0 0,0 04 02 0 0) Рис. 58.!!. Распределение ноаффипнента ! ... 5 — И». 1а: 1,5.10; 1,5.10*; 4, 5— 382 теплоотдачи по поверлности уступа: Ие 1дя Га Сложная структура потока (в отрывной зоне), наличие внутренних отрывных зон, отсутствие данных по величине !се„р в условиях отрывного течения, повышенная турбулентность потока и отсутствие надежных данных по влиянию турбулентности на передачу тепла в отрывной зоне затрудняют разработку теории теплообмена в условиях отрывного течения. Отсутствуют критериальные уравнения для вычисления местного значения коэффициента теплоотдачи во всей области отрывного течения.
На рис. !5.11, а приведены экспериментальные значения коэффициента теплоотдачи для участка пластины 05, где се — максимальное значение коэффициента теплоотдачи на этом участке, а а, — значение его в отрывном сечении. Для определения а на вертикальной поверхности уступа могут быть использованы экспериментальные данные, приведенные на рис. 15.11, б. Характер качественного изменения се на участке от точки Р до основания уступа для разных значений параметров внешнего потока не одинаков, Кривая 1 соответствует случаю, когда от точки Р до основания уступа течение в пограничном слое ламинарное. При этом максимальное значение коэффициента теплоотдачи на участке отрывной зоны имеет место в точке присоединения потока гс (см. рис.
15.8). При увеличении )се„ (кривые 2 ... 4 на рис. 15.11, б) интенсивность движения газа в циркуляционной зоне возрастает, и на некотором расстоянии от точки гс происходит переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный, что вызывает заметное увеличение коэффициента теплоотдачи.
На участке турбулентнога пограничного слоя кривая изменения 55 может иметь максимум. Уменьшение коэффициента теплоотдачи при приближении к основанию уступа объясняется ростом толшины пограничного слоя, особенно, если иметь в виду участок течения с положитель- (о1 — 151)7(сею 1"5) сел 07,77 б'б П,т б,б 2 777 700 Рис.
!Б.!2. Зависимость козффиниента прапорннональвости А прн расчете теплообиена по линии растекания нв вертикальной поверхности уступа от кри- тЕРИЯ Кве ПРИ РаЗЛНЧНЫК ЗнаЧЕНИЯХ (Ст)Н, К вЂ” 0,4 ... 0,7; Гт — 0,88 ным градиентом давления, на котором кроме того деформируются профили температуры, что еще сильнее уменьшает градиент температуры на стенке.
, Уровень тепловых потоков в отрывной зоне зависит от 6;.1Н. В качестве примера этого влияния на риг. !5.!1, 6 приведены кривые 4 и 5, для которых критерий Ре имеет одинаковое значение, а 6;!Н соответственно равно 0,033 н 0,1. Коэффициент теплоотдачн на линии растекания Я определяется с использованием критернального уравнения р и (15. 5) Ранее указывалось, что линия растекания является критической — по ней происходит разделение потока. Часть газа втекает в циркуляционную зону, а основная масса обтекает верхнюю кромку уступа.
На линии растекания скорость потока равна нулю. Как известно, теплообмен в таких критических линиях или точках зависит от градиента скорости. Величина градиента скорости на вертикальной гюверхности уступа определяется перепадом давлений (гр)„ — (и ), (см. рис, 15.8) и размером уступа. ПРННИЛтан В КаЧЕСтВЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО РаЗМЕРа Лп И ОПРЕДЕЛЯ7ОЩЕй скорости и„„, (ср)н — (ср)„запишем критерии подобия и =-ча Р а =е „зев,. .-='-т е,ь ь.им ..
критерия Рейнольдса выражение в виде йе:=- " " [(гр)„(с„),) р Результаты экспериментальных исследований указывают на зависимость коэффициента пропорциональности А из формулы (15.6) от турбулентности потока в окрестности линии растекания. Эта зависимость определяется значениями )се и 6;.7Н. Влияние 6;7Н удовлетворительно учитывается значением (ср)н. Зависимость А от указанных параметров приведена иа рис. 15.12. заз сстпя/лт а' ем РМЯ Мь мя ума ь - аяччо.ял Рис.
13.13. Зависимость максимального значения козффициеита теплоотдачн на горизонтальной поверхности уступа от определяющих параметров Значение максимального коэффициента теплоотдачи на пластине на линии растекания может быть найдено с помощью данных, приведенных на рис. 15.13; где в качестве определяющего размера принята величина Ли. 13.6. ТРЕХМЕРНЫЕ ЗОНЫ При обтекании уступов с относительно небольшим значением ))/Н или В/Н (где 0 — диаметр цилиндрического, а В— ширина плоского уступов) возникает новое явление в виде вытекания части газа из отрывной зоны в боковых направлениях. Одна из возможных схем течения с боковым вытеканием приведена на рис. 15.14.
Пограничный слой, развивающийся в условиях положительного градиента давления перед уступом, отрывается от поверхности по линии  — а и присоединяется на лобовой поверхности уступа. Часть газа из области присоединения потока поступает в циркуляционную зону перед уступом, откуда частично эжектируется внешним потоком, а частично вытекает в боконом направлении. На лобовой поверхности уступа схема присоединения потока может быть различной и определяется, в основном, геометрической характеристикой уступа (ья/Н или В/Н) и, кроме того, относительной толщиной пограничного слоя в точке отрыва.
При О/Н ) 4 и В/Н ) 2 поток присоединяется с образованием линии растекания Н вЂ” В (рис. 15.15, а). Характер течения на уступе 384 вблизи плоскости симметрии напоминает течение в случае двухмерной отрывной зоны. Уменьшение су/Н до 2 или В/Н до 1 приводит к перестройке схемы присоединения и образованию точки растекания (рнс, 15.15, б), При Р/Н < 1 и В/Н < 0,5 в плоскости симметрии появляется линия растекания Я вЂ” К, заканчивающаяся точками растекания К и /т' (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
