Автореферат (1026004), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Полученные в ходе экспериментальных исследований данные могутбыть использованы при проектировании теплообменных аппаратов (ТА),систем охлаждения энергоустановок, в расчетах устройств газодинамическойстратификации, а также для валидации программных комплексов. Результатыисследований позволят лучше понять механизмы интенсификации теплообменаи увеличения сопротивления на вихреобразующих поверхностях.Апробация работы.

Основные положения работы были отмеченынаградами на: XV Минском международном форуме по тепломассообмену3(Минск, Беларусь, 2016); 6-ой Российской национальной конференции потеплообмену (РНКТ-6, г. Москва, МЭИ, 2014); конференции-конкурсе молодыхученых МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, 2016). Основные результатыбыли представлены на XVII школе-семинаре «Современные проблемыаэрогидродинамики» (Туапсе, 2016 г.); XV Минском международном форумепо тепломассообмену (Минск, Беларусь, 2016 г.); XXII Международнойконференции «Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости итурбулентности(Не-За-Те-Ги-Ус)»(Звенигород,2016г.);пятойМеждународной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика взакрученных потоках» (Казань, 2015 г.); 8th International symposium onturbulence, heat and mass transfer (Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 2015 г.); VIIIМеждународном аэрокосмическом конгрессе IAC'2015 (Москва, 2015 г.); XIВсероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической иприкладной механики (Казань, 2015 г.); 6-ой Российской национальнойконференции по теплообмену (РНКТ-6, Москва, 2014 г.); Международнойконференции «VIII Окуневские чтения» (Санкт-Петербург, 2013 г.); 3-хконференциях «Ломоносовские чтения» МГУ имени М.В.

Ломоносова (Москва,2014—2016 гг.); 3-х конференциях-конкурсах молодых ученых МГУ имениМ.В. Ломоносова (Москва, 2014—2016 гг.); XIX, XX школах-семинарах подруководством академика А.И. Леонтьева (г. Орехово-Зуево, 2013 г.;Звенигород, 2015 г.).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 27 научных работ (7 статей, 20тезисов докладов и материалов конференций), из них 7 статей в журналах изсписка ВАК РФ, включая 3 в журналах, цитируемых в базах Web of Science,Scopus, общим объемом 8,0 п.л.Личный вклад автораДиссертационная работа выполнялась в Межвузовской научно-учебнойлаборатории «Термогазодинамика» (МГУ-МГТУ) на стенде НИИ Механики МГУимениМ.В. Ломоносова.Авторомсущественномодернизированэкспериментальный стенд для реализации одновременного (в ходе одногоэксперимента) определения относительных коэффициентов теплоотдачи,сопротивления и теплогидравлической эффективности различных поверхностей.ПринепосредственномучастииКиселёваН.А.внедреныметодыэкспериментального исследования, произведены монтаж и тарировкаизмерительного оборудования стенда.

Автор принимал участие в разработке,отладке и тестировании программ автоматизации эксперимента. Киселёвым Н.А.разработан метод определения двумерного поля коэффициентов теплоотдачи путемрешения трехмерного нестационарного уравнения теплопроводности и созданнабор программ для реализации метода применительно к экспериментальномустенду.Авторомпроведеныэкспериментальныеисследованиятеплогидравлических характеристик различных облуненных поверхностей.Получены новые экспериментальные данные о влиянии параметров облуненнойповерхности (расположения лунок и их формы) на величины относительныхкоэффициентов теплоотдачи и сопротивления.4На защиту выносятся:1.

Метод экспериментального определения локальных значенийкоэффициентов теплоотдачи на рельефных (вихреобразующих) поверхностях;2. Метод одновременного (за один пуск экспериментального стенда)определения коэффициентов теплоотдачи и сопротивления на рельефной игладкой поверхностях при заведомо одинаковых условиях набегающего потока;3. Экспериментально полученные данные о влиянии на интенсификациютеплообмена, увеличение сопротивления и теплогидравлическую эффективностьследующих параметров: плотности расположения лунок в коридорной компоновке; продольных и поперечных шагов шахматного массива лунок; формы лунки;4.

Данные и рекомендации, показывающие эффективность примененияоблуненных поверхностей в теплообменном оборудовании.Структура и объем работы. Текст диссертации изложен на 129 страницах исостоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Работаиллюстрирована 34 рисунками и имеет 13 таблиц. Список литературы насчитывает185 наименований.Содержание работыВо введении отмечена актуальность диссертационной работы, еетеоретическая и практическая значимость, поставлены цели и задачи исследования,дана общая характеристика работы и кратко описано ее содержание.В первой главе представлен обзор опубликованных работ, посвященныхтеплообмену и сопротивлению при обтекании облуненных поверхностей.Рассмотрены вопросы интенсификации теплообмена и увеличениясопротивления на обычных сферических лунках, лунках сложной формы, воблуненных трубах и каналах энергоустановок (например, лопатках газовыхтурбин).

Описана структура течения в сферической лунке и показанавозможность снижения сопротивления на облуненной поверхности. Обобщенырезультаты численных и экспериментальных исследований интенсификациитеплообмена и увеличения сопротивления на облуненных поверхностях. Наоснове проведенного обзора работ выявлены основные параметры облуненнойповерхности, влияющие на теплогидравлические характеристики.Использование лунок является одним из перспективных методовинтенсификации теплообмена, как в каналах теплообменного оборудования,так и в каналах охлаждения энергоустановок. В значительном количестве работотмечается опережающий рост относительного коэффициента теплоотдачи посравнению с относительным коэффициентом сопротивления, особенно длянесферических лунок.

Однако в опубликованных работах отсутствуютобобщающие данные о влиянии взаимного расположения лунок наотносительные коэффициенты теплоотдачи и сопротивления. При анализеметодов проведения экспериментальных исследований отмечено, что зачастуюв работах отсутствует подобие тепловых и динамических пограничных слоев, априменяемые для гладкого канала критериальные уравнения не всегда5соответствуют картине течения.

Всё это приводит к значительному разбросу вданных по интенсификации теплообмена и увеличению сопротивления. Такжеимеются расхождения экспериментальных данных с результатами численныхработ.Обобщая результаты опубликованных работ, отмечается, что данные полокальным значениям St/St0 лежат в диапазоне St/St0=0,13-10,4; данные поосредненным значениям интенсификации теплообмена и увеличениясопротивления - в диапазоне St/St0=0,87-13,8 и cx/cx0=0,75-66; данные повеличине теплогидравлической эффективности (St/St0)/(cx/cx0) — в диапазоне(St/St0)/(cx/cx0)=0,07-6,6 (Рисунок 1).

Исходя из представленного обзораопубликованных работ, делается вывод о необходимости проведенияэкспериментальных исследований влияния параметров набегающего потока илунок на процессы теплообмена и сопротивления.3 (St/St0)/(cx/cx0)21Re0.11101001000Рисунок 1. Обобщенные данные по зависимости теплогидравлическойэффективности (St/St0)/(cx/cx0) от ReВо второй главе обосновывается выбор методов измеренияотносительных коэффициентов теплоотдачи и сопротивления, описываетсяэкспериментальныйстенддляопределениятеплогидравлическиххарактеристик облуненных поверхностей.

Представлены результаты измеренияпрофилей скорости и турбулентных пульсаций в канале стенда. Отклонениепрофилей скоростей от логарифмического профиля скоростей в турбулентномпограничном слое не превышает ±2,5%, профили турбулентных пульсацийудовлетворительно совпадают с известными «классическими» профилями.В качестве метода определения коэффициента сопротивления был выбранпрямой метод взвешивания плавающего элемента.

Коэффициент сопротивленияопределялсяпутемнепосредственноговзвешиваниямоделейнаоднокомпонентных тензометрических весах. При этом учитывалось падениестатического давления на длине пластины. Используя экспериментальныеданные, коэффициент сопротивления вычислялся по следующей формулеFx Sside  F  Fpl  Sside  F  p pl S ' S side,V 2 2V 2 2V 2 2где FΣ - суммарное усилие, регистрируемое упругим элементом, Н;FΔpl=Δppl·S´ - усилие, вызванное падением давления на длине пластины, Н;Δppl - перепад давления в зазорах плавающего элемента, Па; Sside, S' - площадьcx 61E-4плавающего элемента и его торца, м2; ρ - плотность, кг/м3; V - скорость ядрапотока, м/с.Экспериментальные значения коэффициента сопротивления для гладкойпластины в пределах ±5% согласуются с формулой Прандтля длятурбулентного пограничного слоя (Рисунок 2,а) cx=0,472∙(lg(Rex))-2,58, где числоРейнольдса Rex определено по длине динамического пограничного слоя.103cf010311 St2,506222,033541,530,1 1E-31,00,11 0,01Rex10-61Rex10-6абРисунок 2.

Коэффициенты сопротивления (а) и теплоотдачи (б) для гладкойпластины. 1 - теоретические значения, 2 – экспериментальные точки, 3 интервал ±5% от теоретических кривыхДля определения коэффициента теплоотдачи применялся методнестационарного теплообмена. В начальный момент времени тепловизоромрегистрируется температурное поле поверхностей моделей. Далее, процессохлаждения моделей регистрируется с частотой 1 Гц в течение 40 с. При этомизмеряются температуры ядра потока термопарами, расположенными на осиканала около передней и задней кромок исследуемых пластин. Распределениекоэффициентов теплоотдачи на стенке вычисляется с использованиемтрехмерного уравнения нестационарной теплопроводности в пластине:λ·(∂2Ts/∂x2+∂2Ts/∂y2+∂2Ts/∂z2)=ρ·c·∂Ts/∂θи граничного условия 3-го рода:  T    T  T0 где λ - коэффициент теплопроводности твердого тела (оргстекло), Вт/(м∙К);x, y, z – координаты, м; ТS - температура твердого тела, К; T – температура наомываемой поверхности твердого тела (на поверхности исследуемого рельефа),К; T0 – температура ядра потока, К; с – удельная теплоемкость твердого телаДж/(кг·К); θ – время, с; α - искомый коэффициент теплоотдачи Вт/(м2∙К).Данный метод позволяет получить двумерное поле St/St0 на исследуемойповерхности с учетом всех возникающих тепловых потоков и кривизнырассматриваемой геометрии.

Характеристики

Список файлов диссертации