Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Причем это отсутствие данных не просто допускается, но и поощряется в соответствии с сущностью метода размерностей и сопутствующих ему безразмерных комплексов. К чему же приводит отсутствие экспериментальных данных и засилье безразмерных комплексов в научно-технической литературе? К тому, что в большинстве случаев не сообщается о том, какие параметры действительно исследовались в эксперименте, что именно было получено, где кончаются знания и начинаются предположения, где кончается наука и начинается искусство. Что же касается конструктора или расчетчика, которые хотят воспользоваться опубликованными данными, такими, как величины безразмерных комплексов, корреляционные зависимости в безразмерном виде, т.е. результатами при- Конвенция и менад размерносвей 126 менения метода размерностей, то им приходится делать такое мно,кество несостоятельных предположений, что любой полученный вывод будет весьма сомнительным.
Именно это я и имел в виду, утверждая, что метод размерностей снижает ценность научной литературы. ПЛЕНОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ "Пленочное охлаждение" является одним из методов тепловой защиты поверхности путем инжекции в ее пограничный слой более холодной жидкости. Сущность данного метода состоит в том, что более холодная жидкость, оставаясь в пограничном слое на некотором расстоянии ниже по потоку от места инжекции, защищает таким образом поверхность от более горячего основного потока.
Относительно практического применения пленочного охлаждения Хартнет, Биркебак и Эккерт [ Ц пишут: "Один из прогрессивных методов защиты поверхности, подвергающейся воздействию высокотемпературной среды, заключается во введении охлаждающей жидкости или газа через отдельные щели, расположенные вдоль рассматриваемой поверхности... Эта схема охлаждения, обычно называемая пленочным охлаждением, уже нашла применение в газовых турбинах и ракетных соплах и в будущем может быть использована для охлаждения передних кромок гиперзвуковых летательных аппаратов". Охлаждающая жидкость часто инжектировалась в пограничный слой через щель, с помощью которой пытались направить охладитель более или менее параллельно охлаждающей поверхности.
Расстояние вниз по потоку от щели обычно обозначают буквой н, высоту щели буквами Ь или в, а отношение массовых расходов через щель и в основном потоке (т.е. С,/О ) буквой М. Степень охлаждения обычно описывают условным безразмерным параметром, называемым "эффективностью", который определяется следующим образом: Т вЂ” Т ч= Т вЂ” Т Таким образом, если температура основного потока 93 С, температура охлаждающей жидкости 30'С, а температура теплоизолированной стенки в интересующей точке 60'С, зффективность ч равна 0,66.
Схема пленочного охлаждения приведена на фиг. 6.2. Глава 6 126 Фиг. 6.2. Схема пленочного охлаждения. Метод Кэйса [21 Кэйс [2] принодит краткое описание пленочною охлаждения (стр. 302 и далее): "Существует ... значительное количество опытных данных, результаты которых могут быть представлены в простом виде. ...Установлено, что ч зависит в основном от параметра вдува М, ...ширины (или высоты) щели, через которую вдувается охлади- тель, Ь и координаты х. ...
Вигхардт [3) предложил следующую зависимость для эффективности охлаждения путем вдува воздуха... в основной воздушный поток с постоянной скоростью вне пограничного слоя: ч = 21,8(х/~Цй)-ол (6.16) при 0,22< М < 0,74, х/Ь> 100". Метод Хартнета, Биркебака и Эккерта [11 Хартнет, Биркебак и Эккерт [ Ц исследовали пленочное охлаждение. При описании своих исследований они сообщают: "Скорость основного потока во всех экспериментах состав- лала 80 М/с. Исследования были ограничены одним размером щели и одним значением расхода вдуваемого газа".
Эта единственная высота щели в экспериментах составляла 3,1 мм, а расход вдуваемого газа был таков, что безразмерный параметр 31 был равен 0,28 при скорости основного потока 61 м/с. По поводу исследования пленочного охлаждения авторы пишут: "... нагретый вторичный воздух вдувался через щель, и бы- Еонвекяил и иеаод размерносией 127 ло получено соответствующее распределение температуры аднабатической стенки. Для обработки экспериментальных данных были выбраны обычные параметры. Те же самые параметры использовались в полуэмпирическом анализе, представленном в приложении. ...
Распределение температуры адиабатической стенки показано на фиг. 24 в зависимости от безразмерного рш:стояния от передней кромки щели я/Мл.... Опытные данные при я/Мл>60 представлены соотношением „= 16,0(я/йл) '~ю" (6.17) В приложении приводится в значительной степени дедуктивный вывод уравнения я =К'( /М ) '" (Мп„,)*4, (6.18) которое, как указывают авторы, согласуется с результатами теоретического исследования Клайна и Трайбуса..." Авторы также указывают: "... совпадение представленных результатов измерений с результатами Вигхарта ( 31, вполне удовлетворительное. Результаты обоих исследований не противоречат выводу, сделанному в приложении, а именно: на достаточно большом расстоянии от щели эффективность пропорциональна (х/Мл) Авторы приводят свои экспериментальные результаты на ф~г.
24 в видезависимости ч(х/Мл), представленной в логарифмических координатах, что подсказано степенным видом уравнения (6.18). На фиг. 24 экспериментальные данные имеют очень малый разброс, и кривая, проведенная через эти точки, показана на фиг. 6.3. На этой же фигуре для сравнения приведена кривая, соответствующая соотношению (6.17). Видно, что зто соотношение хорошо описывает результаты измерений только при я/Мл> 100. Поскольку в анализе, представленном в приложении, предполагается, что данные должны обобщаться с помощью степенной зависимости от я/Мл, расхождение между расчетом и результатами измерений приписывается изменению режима. В связи с тем, что результаты измерений не согласуются с анализом при х/Мл<100, авторы ограничивают область применения соотношения (6.17) значениями я/Мл> 60, т.е. режимом, соответствующим степенному закону, который они ожидают "далеко 128 Глава 6 юо кГМв Фиг.
6.3. Эффективность охлаждения ч в зависимости от параметра х/Мз . 1 — хрхвал яосвроеххал яо резульвавам измерений ври М = 0,23; 2 — соовноаехке ф.171. внизу по течению от места вдува". Значение х/Мз, при котором происходит изменение режима, определено не на основе какого-либо физического изменения в явлении пленочного охлаждения, а единственно из того факта, что результаты измерений не согласуются с ранее полученнымй теоретическими результатами. Авторы сравнивают свою корреляционную зависимость (6.17) с соответствующей зависимостью Вигхардта (6.16), который исполь." а вал подобную геометрию щели и подобные параметры потока и проь исследования при нескольких значениях М.
По поводу этого сравне. ния авторы пишут: "... можно ожидать, что постоянная Вигхардта будет мень ше значения, полученного в настоящем исследовании (т,е. 16, 1 Зто несоответствие, возможно, является результатом неточного определения Вигхардтом входной температуры подаваемого в щель воздуха... Несмотря на расхождение в величине постоя~ Конвенция н меиод равмерноеаей 129 ной ..., совпадение результатов данных измерений с экспериментальными результатами Вигхардта вполне удовлетворительное".
На фиг. 26 авторы сравнивают свою графическую корреляцию, перенесенную с фиг. 24, с результатами некоторых других исследований, которые получены для щелей подобной геометрии и представлены в виде зависимости ч) х/Ме! в логарифмических координатах. Относительно фиг. 26 авторы пишут: "Значения эффективности, полученные этими исследователями, представлены на фиг.
26 в зависимости от наиболее важного параметра х/Ме... ... Возможно даже провести одну лишь кривую, которая будет представлять результаты опубликованных работ с точностью + 40~, В настоящее время невозможно четко определить конкретные причины такого отклонения. Для выяснения этих причин необходимо провести более тщательные эксперименты, в которых основные параметры будут меняться систематически в заранее определенных пределах.
В настоящее время лучшим способом оценки эффективности для практических целей является использование фиг, 26". Следует отметить, что кривая, представленная на фиг. 26, потроена на основе экспериментальных результатов, полученных ав"орами при одной скорости и одном давлении основного потока, одом значении расхода охладителя, неизменных высоте и геометрии чели и нескольких малых значениях разностей температур охлаждающей жидкости и основного потока.
Необходимо также отметить, что авторы не рекомендуют поль~аться их аналитической корреляцией (6.17), которая справедлива |ько в режиме, описываемом степенным законом. Вместо этого :о~ 1 предлагают использовать графическую корреляцию, построенную . 1,экспериментальным точкам, которая применима в обоих режимах, вк на малом расстоянии от щели, так и далеко от нее. Более того, :та двойственность режимов не позволила авторам обобщить их эксриментальные данные единой корреляционной зависимостью, кото,)в описывала бы эффективность пленочного охлаждения на любом 'сстоянии от щели. Метод Себана ~41 ч Себан ~ 4) провел эксперимент по исследованию пленочного охлаж.'.ния, в котором: '-1063 "Вдув осуществлялся через единственную тангенциальную щель, расположенную вблизи передней кромки пластины, причем размер щели менялся.
Оба потока были турбулентными, а скорости вдува изменялись в широких пределах; от много меньшей скорости основного потока до много большейг .. поскольку ранее для систем такого рода были необходимы разные корреляционные зависимости, соответствующие скоростям вдува, большим и меньшим скорости одного потока". Ссылаясь только на свои результаты, полученные при М <1, Себан находит, что его данные для различных М нельзя обобщить с помощью безразмерного комплекса х/Мл. Он считает, что влияние каждого из параметров л/л и М следует рассматривать отдельно. (Заметим„что я/Мл состоит из двух безразмерных комплексов х/л и М.) Анализируя свои данные с использованием трех безразмерных комплексов ч, к/л и М, Себан получает следующую корреляционную зависимость: ч = 25(М) ' (х/я)-о.а (6.19) или, что то же самое, (6.20) п = 25(я/Мл) па(М)~ 4 Относительно своей корреляции Себан пишет: "На фиг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
