Автореферат (1026004), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Экспериментальные значения коэффициентатеплоотдачи для гладкой пластины в пределах ±5% согласуются со степеннойзависимостью St=0,0296∙Re-0,2∙Pr-0,6 для пограничного слоя (Рисунок 2,б), гдечисло Рейнольдса Rex, определено по длине теплового пограничного слоя.Оценены неопределенности при измерении коэффициентов теплоотдачии сопротивления, а также относительных коэффициентов теплоотдачи исопротивления. Величины относительных коэффициентов теплоотдачи исопротивления, определенные в одном эксперименте, имеют значительно7меньшие неопределенности в сравнении со случаем проведения двухнезависимых экспериментов (Таблица 1), то есть такой метод определениятеплогидравлических характеристик является более точным в сравнении сметодами, используемыми в опубликованных работах, что являетсяпреимуществом предложенного метода экспериментального исследования.Таблица 1.
Сравнение неопределенностей экспериментовМетод определения величины1-н эксперимент (абсолютное значение)1-н эксперимент (относительное значение)2-а эксперимента (относительное значение)(USt)0,95, %5,46,98,0(UCx)0,95, %4,45,28,8(URe)0,95, %3,03,03,5В третьей главе рассмотрены результаты экспериментальныхисследований теплогидравлических характеристик облуненных поверхностей.Все модели получены путем фрезерования углубления сферической фрезой(глубиной h=1 мм) на изначально гладкой модели (толщиной 6 мм).
Длинапластин в направлении потока – 125 мм, поперек - 100 мм.Приведены данные по влиянию продольного и поперечного шаговкоридорного и шахматного массивов сферических лунок на процессыинтенсификации теплообмена и сопротивления (Рисунок 3). Было изготовлено12 моделей с коридорной и 10 моделей с шахматной компоновкой лунок.абРисунок 3. Геометрия коридорных (а) и шахматных (б) компоновоксферических лунок. Направление потока – слева направоДля оптимального шага шахматной компоновки (соответствующегомаксимальному значению (St/St0)/(cx/cx0)), рассмотрено 6 поверхностей слунками сложной формы (Рисунок 4): обычная сферическая лунка (№1), лунка,полученная протяжкой сферической лунки по дуге окружности (№2), овальнаялунка (№3), каплеобразная лунка, установленная под углом 45 ° кнаправлению потока (№4), сферическая лунка со скруглением кромки (№5),прямая каплеобразная лунка (№6).При сравнении экспериментальных результатов, полученных для разныхпластин, в качестве основных параметров были приняты продольный ипоперечный шаги лунок tx и ty, а также плотность их нанесения, определенная8как отношение площади пятна лунки к площади сектора компоновки, илиS=Sdimple/Ssurface (S=2·π·Dp2/(4·tx·ty) для шахматной и S=π·Dp2/(4·tx·ty) длякоридорной компоновок).
Для гладкой пластины плотность лунок равна нулю.Рисунок 4. Лунки сложной формы: сферическая лунка (а), лунка, полученнаяпротяжкой сферической лунки по дуге окружности (б), овальная лунка (в),каплеобразная лунка, установленная под углом 45 ° к направлению потока (г),сферическая лунка со скруглением кромки (д), прямая каплеобразная лунка (е)Одновременно (за один пуск экспериментального стенда) определялиськоэффициенты теплоотдачи и сопротивления исследуемой и гладкойповерхностей, находящихся в одинаковых условиях.
Для каждого рельефаполучены: локальные распределения St/St0; зависимости cx/cx0 и St/St0, а также(St/St0)/(cx/cx0) от числа Рейнольдса Rex; осредненные по всем числамРейнольдса значения cx/cx0, St/St0 и (St/St0)/(cx/cx0). Определенное по длинепограничного слоя число Рейнольдса, менялось в диапазоне Rex=0,2∙106-7,0∙106.Поля локальных значений относительных коэффициентов теплоотдачидля всех лунок носят сходный характер (Рисунок 5). В первой половине лункиобразуется застойная зона, соответствующая минимальным значениям St/St0,так как в ней практически нет обновления потока. Далее наблюдается область9присоединения потока, в которой происходит увеличение локальных значенийотносительного коэффициента теплоотдачи St/St0.
Наибольшие значения St/St0находятся вблизи задней кромки лунок. Для сферических и траншейных лунокнаблюдается область невозмущенного пограничного слоя между лунками, гдеSt/St0≈1,0, для каплеобразных лунок эта область выражена не так явно. Стоитотметить, что форма лунки (при постоянной относительной глубине)практически не влияет на осредненные по поверхности лунки значения St/St0.абвгде6Рисунок 5. Поля St/St0 при Rex=2,0·10 . Направление течения – слева направоДля коридорной компоновки лунок отмечено следующее:1) Для рассмотренных моделей с коридорной компоновкой лунокинтенсификация теплообмена и увеличение сопротивления лежат в диапазонеSt/St0=1,055-1,36 и cx/cx0=1,17-2,36, что соответствует минимальной имаксимальной плотности нанесения интенсификаторов.2) Обнаружена нелинейная зависимость St/St0, cx/cx0 и их отношения(St/St0)/(cx/cx0) от числа Reх. Величина cx/cx0 сначала падает (до некоторого числаReх) и, далее, начинает увеличиваться, стремясь к значению, соответствующемуcx при автомодельном обтекании.
Значение St/St0 падает с увеличением Reх.3) Значения St/St0 и cx/cx0 линейно возрастают, а (St/St0)/(cx/cx0) убывают сувеличением плотности расположения лунок (Рисунок 6).4) Полученные данные свидетельствуют о малой теплогидравлическойэффективности коридорной компоновки лунок: (St/St0)/(cx/cx0)<1,0.102,01,81,61,41,21,00,80,60,0,00000,20cx/cx0St/St0FAR(St/St0)/(cx/cx0)1/30,250,300,350,400,450,50S0,55Рисунок 6. Влияние плотности лунок в коридорной компоновке на cx/cx0, St/St0,(St/St0)/(cx/cx0) и (St/St0)/(cx/cx0)1/3 (сплошные линии – линейные аппроксимации)Для шахматной компоновки лунок отмечено следующее:1) Шахматная компоновка обеспечивает интенсификацию теплообменаSt/St0=1,15-1,45 и увеличение сопротивления cx/cx0=1,10-1,53 в зависимости отплотности расположения лунок.
Увеличение плотности лунок при большихпродольных и поперечных шагах приводит к росту осредненнойинтенсификации теплообмена до величины St/St0=1,20. При уменьшениипоперечного шага лунок относительный коэффициент сопротивления сначалауменьшается до величины cx/cx0=1,18, а затем начинает увеличиваться. Приуменьшении продольного шага лунок cx/cx0 уменьшается от cx/cx0=1,3 приtx=22 ммдоминимальнойвеличиныcx/cx0=1,10приtx=16 мм.Теплогидравлическая эффективность (St/St0)/(cx/cx0) для всех рассмотренныхмоделей изменяется от 0,74 до 1,19 (Рисунок 7). При изменении поперечногошага (St/St0)/(cx/cx0) имеет максимум при ty=18 мм. При изменении продольногошага величина (St/St0)/(cx/cx0) увеличивается с 0,92 до 1,10 при уменьшениипродольного шага tx с 22 до 16 мм (Рисунок 8).2) Несмотря на наличие локальных областей, для которых интенсификациятеплообмена превышает St/St0>1,6, осредненные значения St/St0 даже прималых числах Rex незначительно превышают величину St/St0=1,4 из-за наличияобластей с малыми значениями St/St0≈0,6.
Осредненные значения St/St0 и cx/cx0соответствуют современным представлениям о процессах интенсификациитеплообменаиувеличениясопротивления.Полученныеданныесвидетельствуют о возможности нарушения аналогии Рейнольдса в сторонутеплообмена (St/St0)/(cx/cx0)>1.1.2 (St/St0)/(cx/cx0)tx=20; ty:1.11.00.91214161820241,2 (St/St0)/(cx/cx0)ty=18; tx:1,11,0161822240,90,80.80123456-6Rex1070123456-6Rex107абРисунок 7. Зависимость (St/St0)/(cx/cx0) от числа Рейнольдса и поперечного (а) ипродольного (б) шагов шахматной компоновки лунок11cx/cx01,6St/St01,61/3FAR(St/St0)/(cx/cx0)1,41,41,21,21,01,00,8cx/cx0St/St0FAR(St/St0)/(cx/cx0)1/30,80,200,250,300,35S0,200,250,30S0,35абРисунок 8.
Влияние поперечного (а) и продольного (б) шагов шахматнойкомпоновки лунок на cx/cx0, St/St0, (St/St0)/(cx/cx0) и (St/St0)/(cx/cx0)1/3Для лунок сложной формы отмечено следующее:1) Поверхности с лунками сложной формы обеспечивают осредненнуюинтенсификацию теплообмена St/St0=1,17-1,27 и осредненное увеличениесопротивления cx/cx0=1,03-1,53 в зависимости от формы лунки.2) Усложнение формы лунки не приводит к значительному увеличениюосредненного значения коэффициента теплоотдачи.
Это объясняется такимифакторами как, наличие застойных зон, областей невозмущенного потокамежду лунками и деформацией области интенсификации теплообмена залункой. Из-за наличия областей с малыми значениями St/St0=0,85-1,0осредненные значения интенсификации теплообмена даже при малых числахРейнольдса незначительно превышают величину St/St0=1,30 (Рисунок 9),несмотря на наличие областей, для которых интенсификация теплообменапревышает St/St0>1,50-1,58. Каплеобразные лунки обеспечивают наибольшийприрост теплообмена St/St0=1,14-1,40 в рассматриваемом диапазоне чисел Reх.St/St01,35Модель1351,302461,251,201,15123456-6Re7 x10Рисунок 9.
Зависимость St/St0 от числа Рейнольдса и формы лунки. Номерамоделей см. на Рисунке 43) Величина cx/cx0 для поверхностей с лунками сложных форм (Рисунок 10)превышает значения cx/cx0 сферических лунок (cx/cx0=1,10 и cx/cx0=1,03 длясферических лунок с острой и скругленной кромкой). Каплеобразные лункитакже максимально увеличивают сопротивление cx/cx0=1,03-1,69.4) Наибольшую теплогидравлическую эффективность (St/St0)/(cx/cx0)=1,14имеет сферическая лунка со скругленными краями, максимальное значение12(St/St0)/(cx/cx0)1/3=1,18 соответствует обычной сферической лунке. Минимальныезначения (St/St0)/(cx/cx0)=0,80 и (St/St0)/(cx/cx0)1/3=1,05 имеет поверхность скаплеобразными лунками.5) Полученные данные свидетельствуют о возможности опережающегороста теплообмена по сравнению с ростом сопротивления. Для сферическихлунок (St/St0)/(cx/cx0)>1 во всем диапазоне рассмотренных чисел Рейнольдса.Теплогидравлическая эффективность сферической лунки со скругленнымикромками(St/St0)/(cx/cx0)=1,12-1,22превышаеттеплогидравлическуюэффективность сферической лунки (St/St0)/(cx/cx0)=1,01-1,19 в рассматриваемомдиапазоне чисел Рейнольдса (Рисунок 11).1,2Модель1234561,0Rex10-6c1,8/cx x01,61,41234567Рисунок 10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
