Глава XV. Теплообмен на шероховатой поверхности и в отрывных зонах (1013644), страница 4
Текст из файла (страница 4)
15.15, в). На рис. 15.15 линиями 1 у основания уступа показано положение образующейся дополнительной отрывной зоны, Для приближенной оценки трехмерности течения в отрывной дв /оо зоне можно использовать параметр К- — ! — где в и и— оз/ду' скорости потока по осям г и у (см. рнс. 15.14), Анализ экспериментальных данных по распределению статического и полного давлений в диапазоне изменения отношений ширины уступа к высоте от 0,25 до 24 и толщины пограничного слоя в точке отрыва к высоте уступа от 0,2 до 2 показал, что приближенно можно принять дв и до — — и — и )Г((сн)н — (ср),]/Ьа (см.
рис. (15.8). Тогда К = й /(О)/7с,) — (с„). ). Значение параметра К зависит как от Л/Н, так и от 6"Ю, т. е. от обоих параметррв, определяющих схему течения на уступе. Для цилиндриМеских уступон при К (0,5 трехмерность течения в плоскости симметрии невелика и поток присоединяется к уступу с образованием линии растекания К вЂ” К (см. рис.
15,15, а). При К > 0,5 на уступе образуется точка растекания Я (см. рис. 15.15, б) или линия растекания тт — )т' (рис. 15.15, в). В отрывной зоне на пластине осуществляются те же схемы течения, которые наблюдались в случае двухмерного уступа (см. рис. 15.8) с образованием одной (5,— Ят) или двух (5,— й, и Яз — )та) дополнительных отрывных зон. ~Л'т ! //Ф Хг / ~ '1 ~'» 7)'» х~х! ууг а) 4 Рнс. !5,14. Схема течеаня газа перед Рнс, 15.15. Схемы течения газа у уступом прн /З/Н ~ 4 вертикальной аоаерхностн уступа 13 Аадуеаеааа 335 15.7. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ ОТРЫВНЪ|Х ЗОН Размеры трехмерных отрывных зон зависят от формы и размеров препятствия, а так же от относительной толщины пограничного слоя перед отрывом и не зависят от критерия Рейнольдса. Изменение критерия Эйлера до Ви ) 2, что соответствует числам Маха М ( 0,55, также не оказывает влияния на размеры отрывных зон.
Для цилиндрических уступов зависимость Ап)Н и х,)Н от 6;)Н приведена на рис. 15.16 и 15.17. Там же для сравнения нанесены размеры двухмерной отрывной зоны д. Размеры отрывных зон, образуюптихся перед прямоугольными уступами при В/Н =- 2 и 4 и 6;!Н ( 0,12, почти совпадают с размерами двухмерной отрывной зоны, При В!Н = 1 и 6;.(Н = 0,03; 0,07 и 0,1 величина х,гН =- 0,72, а Ап/Н =- 0,5; 0,53 и 0,62. Изменение локальных коэффициентов теплоотдачи в отрывной зоне перед цилиндрическим уступом при 77!Н = 2 и 6",/Н =-О,! приведено на рис.
15.18. Как и в двухмерном случае, характер распределения а зависит от )(е. При малом значении Ре максимальный коэффициент теплоотдачи на уступе наблюдается в точке присоединения потока Я, а па пластине — в точке присоединения )7т (см. рис. 15.8). Увеличение скорости внешнего потока приводит к перераспределению тепловых потоков, и коэффициент теплоотдачи вблизи основания уступа становится больше, чем в точке присоединения й, что так же, как и при двухмерном уступе, объясняется переходом ламинарного пограничного слоя в турбулентный.
В отрывной зоне на пластине увеличение !се приводит к существенному возрастанию а на ускоренном участке течения (от точки Ях к точке В), появлению в копие ускоренного участка второго максимума, положение которого приблизительно совпадает с положением минимального значения статического давления (см. рис. 15.8) Следует иметь в виду, что величина коэффипиента теплоотдачи и характер его изменения в отрывной зоне зависят от трехмерности течения, которая в свою очередь апре- а,ун л,н цг г,п 'ппг оог ппо цпп цга пга ц)о Пааул п,г 'цп( цпг аач цап апай(а аго ц) и', /л Рис.
!5. )6. Зависимость координаты присоединения потока ап)Н от б;!Н при различных зиаченияк 0)Н: ! (О) — ); 2 (Ф) — я; кривая в — о)н 566 Рнс. )5.)7. Зависимость длины отрыв. ной зоны к,(Н от б;)Н при различных значениях ИН: ) (с)) — ): я (Ф) — я; кривая з — о(н сс, Влг,11м' К) мпп поп ппа еоп гоп «1н г 1,у 1 п,у и а п,г пд п,о п,п п)п Рис. 15.18. Распределение коэффициента теплоотдачи в плоскости симметрии цилинпрн ~еского уступа при различной скорости потока (и м1с); о — тг; ° — зм деляется формой и размерами уступа, а так же параметрами потока, Определить коэффициент теплоотдачи в характерных точках отрывной зоны можно по установленным зависимостям. Для расчета а на линии растекания )с — Я (см.
рис. 15.15, а) используется критериальное уравнение (15.6), в котором коэффипиент А может быть определен из данных рис. 15.!2. При большей трехмерности течения, когда на вертикальной поверхности уступа осуществляется схема течения с линией растекания тт' — )с' (см. рнс. 15,15, и), в качестве определяющего необходимо брать поперечный размер уступа. В этом случае в критериальном уравнео,а ом~гр М 10,44 нии )ч)ц = А,йе,'"Рг ' ~ ) критерии Нуссельта 1чц Рмрм = гх01).„ и Рейнольдса Рте =- р и 1д,'1з .
Значение коэффициента А, на линии 1т — И' равно коэффициенту пропорциональности при обтекании бесконечного цилиндра. В случае схемы течения с точкой растекания величина А, зависит от параметра 6",Ю Указанная зависимость для цилиндров с 01Н = 2 и 0(Н = 1 приведена на рис. 15.19. Рнс. 1о.19. Зависимость коэффициента А, от 01Н при расчете коэффициента теплоотдачи в точке растекания потока на вертикальной поверхкости цилиндрического 1 уступа 13' ,,з,гл„ 7Мз д 5 гзх У з 7 д 5 а' Г 5 512 57„чи ллггут,ч 7 5 З 557З7М Рнс.
15.20. Ззвнснмость козффнпнента теплоотдачн тров в области растекания потока на горизонтальной прн разлнчнмх значениях 157Н: Х вЂ” С ° — 2; Д вЂ” Н ° — 0,2З от определягопгнх парамеповерхности перед уступом Коэффициент теплоотдачн в точке растекания )сг на пластине может быть рассчитан по экспериментальным данным, приведенным на рис. !5.20, удовлетворительно характеризующим условия теплообмена для уступов разной формы при различных значениях Ь;)Н.
Влияние формы уступа и толщины пограничного слоя учитывается в данном случае через зависимость Ла от указанных факторов. 15.8. ДВУХМЕРНЫЕ ОТРЫВНЫЕ ЗОНЫ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ЗА УСТУПОМ При обтекании потоком газа обратного уступа пограничный слой, образовавшийся на поверхности 0 — о (рис. )5.2!), отрывается в точке о и присоединяется к поверхности в точке !с, образуя за уступом циркуляционную область движения газа. Линия 1 отделяет невозмущенный поток, движущийся со скоростью и, от пограничного слоя и циркуляционного течения. Область циркуляционного течения отделяется от внешнего потока линией постоянной массы 2. В отрывном (циркуляционном) течении часть газа, расположенная выше линии 3, движется в направлении основного потока, а между линией 3 и основанием уступа течение газа происходит в обратном направлении.
Обратное течение подразделяется на ядро потока и пограничные слои. В области линии 3 пограничный слой образуется в результате взаимодействия течений, движущихся в прямом и обратном направлениях, а у стенки — при взаимодействии газа с твердой 888 Рис. 18.21. Схема течении газа за обратным уступом поверхностью. Скорость газа в ядре обратного течения возрастает от нуля в точке 1с' до некоторого максимального значения и затем уменьшается. При натекании на уступ обратвый поток тормозится, пограничный слой под действием положительного градиента давления (рис. 15.22) отрывается (точка 5з на рис. 15.21) и присоединяется на вертикальной стенке уступа (точка 1тт на рис. 15,21). В углу уступа образуется дополнительная зона отрыва.
гз 0,1 -0,2 Рис. 18.22. Изменение статического давления иа горизонтальной поверхности за уступом при различных скоростях потока (им, мыс); ° — 26: а — чз: к — 77; Π— !01 389 Изменение статического давления за уступом показано на Р— Р рис. 15.22, где сп =, 2, а х„характеризует расстояние от Р р ит!2 основания уступа до точки присоединения потока. Максимум статического давления имеет место при х!хн = 1,1, т. е. располагается за точкой присоединения потока. Значение (ср)н заметно ниже величины (ср) „.
В окрестности точки присоедийения в диапазоне значений х,'х„'от 1 до 0,$5 статическое давление выше давления в певозмущенном потоке Во всей остальной области отрывного течения давление ниже давления окружающей среды. Минимум давления достигается при х,'х„0,6. От х)х„= ! до 0,6 статическое давление уменыпается. На этом участке скорость обратного течения растет. Прн х!хи < 0,6 градиент давления в направлении обратного движения положителен. Из рис. 15,22 следует, что величина коэффициента давления не зависит от критерия 1те.
Для разных высот уступа практически одинаковым является безразмерное давление, представляемое в виде р = (р— — Р ев у~рзтв — р~щ). Точка (линни) Й является критической, в ней скорость потока равна нулю. Как известно, теплообмен в критической точке илн, в случае двухмерного течения, линии растекания зависит от градиента скорости. 13.9. ТЕИЛООБМЕН ВНУТРИ ИИРКУЛЯЦИОННОЙ ЗОНЫ Изменение коэффипиента теплоотдачи на горизонтальной поверхности за уступом приведено на рис.
15.23. Максимальное значение сь соответствует точке присоединения потока Левее положения максимума находится циркуляпионная область сс дд йс сг к/ла Рис. !5.23. Изменение козффипнента теплоотдачи на горизонтальной поверхности уступов высотой от 12 до 137 мм в области присоединении потока при раз. личной толщине пограничного слои 390 течения. В зоне обратных токов величина коэффициента тепло- отдачи существенно переменная.
В точке присоединения потока значение коэффициента теплоотдачи примерно в 4 раза выше, чем у основания уступа. Условия теплообмена в отрывной зоне зависят от критерия Рейнольдса (Ке = р и Н/р ), высоты уступа и толщины пограничного слоя перед отрывом. Увеличение скорости внешнего потока приводит к интенсификации движения газа в отрывной зоне, что вызывает рост тепловых потоков, Ранее отмечалось, что при увеличении высоты уступа уменьшается градиент скорости на линии растекания, что вызывает уменьшение тепловых потоков. Увеличение толщины пограничного слоя перед отрывом потока также приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи ия.
Обработка экспериментальных данных в координатах и/ая ---- / (х/хр) дает возможность получить одну зависимость, удовлетворительно характеризующую изменение коэффициента теплоотдачи в отрывной зоне при разных значениях критерия Рейнольдса внешнего потока и разных высотах уступа 1см. рис. 15.23). Подобие в распределении коэффициентов теплоотдачи позволяет построить методику расчета теплообмена в отрывной зоне через определение характерного значения и,, что прн наличии аппроксимирующей зависимости (см. рис. 15.23) дает возможность рассчитать его местные значения в любом сечении зоны отрыва. В качестве характерного значения я принята величина коэффициента теплоотдачи в точке присоединения потока /7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
