Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск

Выступ в турбулентном пограничном слое

https://doi.org/10.24108/1017.0001312

Полный текст:

Аннотация

Экспериментальные и теоретические исследования структуры течения при обтекании разного рода выступов и углублений на исходно гладких поверхностях представляют значительный практический интерес, поскольку углубления и полости конструктивного или случайного происхождения встречаются на многих конвективных поверхностях. При обтекании выступов и углублений отрыв пограничного слоя и его повторное присоединение приводит к возникновению специфических явлений, оказывающих существенное влияние на сопротивление и теплообмен. Эти явления отличаются сложностью и трудностью их понимания, с которыми приходится сталкиваться при проведении экспериментальных исследований и получении адекватных математических моделей.

Представлены результаты экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в отрывной зоне до и за одиночным прямоугольным выступом и выступом со скругленными углами высотой порядка y+ = 100, расположенными на плоской пластине, обогреваемой по закону qст = const. Исследования проводились с использованием микрозонда Пито-Прандтля и термоанемометрического комплекса Dantec Dynamics, что позволило получить как средние, так и пульсационные характеристики турбулентного пограничного слоя и определить границы вихревых и отрывных зон.

Показано: что структура вихревых зон до и после выступа существенно зависит от формы и размеров выступа. Получены новые экспериментальные данные по средним и пульсационным характеристикам в турбулентном пограничном слое при обтекании прямоугольных выступов без и со скруглением углов контура выступа. Пульсации температуры и особенно скорости в пограничном слое за выступом существенно выше, чем в слое на плоской стенке. Xарактер изменения коэффициентов трения и теплоотдачи указывает на опережающий рост коэффициента теплоотдачи за выступами размером 30 < y+ < 100.


Об авторах

В. Н. Афанасьев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Афанасьев Валерий Никанорович

д-р техн. наук, профессор кафедры “Теплофизика” МГТУ им. Н.Э. Баумана.
SPIN-код: 9266-1794   AuthorID: 264194

 



В. Л. Трифонов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Трифонов Валерий Львович

Доцент кафедры "Теплофизика" МГТУ им. Н.Э. Баумана



С. И. Гетя
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Гетя Сергей Иванович

ведущий электроник кафедры "Ядерные реакторы и установки" МГТУ им. Н.Э. Баумана.

AuthorID: 558585



Д. Кон
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Китай

Кон Дехай

Э6- теплофизика, аспирант



Список литературы

1. Гидродинамика и теплообмен при обтекании одиночных углублений на исходно гладкой поверхности / Афанасьев В.Н. и др. Ч. 1-2. М.: МГТУ, 1991.

2. Афанасьев В.Н., Недайвозов А.В., Семенёв П.А., Кон Дехай. Численное и экспериментальное исследование структуры течения при турбулентном обтекании одиночной «траншеи» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 6. С. 47-70. DOI: 10.7463/0616.0842189

3. Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Леонтьев А.И. Особенности исследования теплогидравлических характеристик рельефных поверхностей // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 6. С. 895-898. DOI: 10.7868/S0040364414060052

4. Афанасьев В.Н., Леонтьев А.И., Чудновский Я.П. Теплообмен и трение на поверхностях, профилированных сферическими углублениями. М.: МГТУ, 1990. 118 с.

5. Afanasyev V.N., Chudnovsky Ya.P., Leontiev A.I., Roganov P.S. Turbulent flow friction and heat transfer characteristics for spherical cavities on a flat plate // Experimental Thermal and Fluid Science. 1993. Vol. 7. No. 1. Pp. 1-8. DOI: 10.1016/0894-1777(93)90075-T

6. Leontiev A.I., Kiselev N.A., Burtsev S.A., Strongin M.M., Vinogradov Yu.A. Experimental investigation of heat transfer and drag on surfaces with spherical dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2016. Vol. 79. Pp. 74-84. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2016.06.024

7. Афанасьев В.Н., Кон Дехай. Гидродинамика и теплообмен при обтекании прямоугольных выступов на исходно гладкой поверхности // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2017. № 4. С. 69-96. DOI: 10.7463/0417.0000932

8. Ларичкин В.В., Яковенко С.Н. Влияние толщины пограничного слоя на структуру пристенного течения с двумерным выступом // Прикладная механика и техническая физика. 2003. Т. 44. № 3(259). С. 76-84.

9. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. 3-е изд. М.: Машиностроение, 1990. 206 с.

10. Чжен П.К. Управление отрывом потока: пер с англ. М.: Мир, 1979. 552 с. [Chang P.K. Control of flow separation. Wash.: Hemisphere Publ. Co., 1976. 523 p.].

11. Terekhov V.I., Yarygina N.I., Zhdanov R.F. Heat transfer in turbulent separated flow in the presence of high free-stream turbulence // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46. No. 23. Pp. 4535-4551. DOI: 10.1016/S0017-9310(03)00291-6

12. Smulsky Ya.I., Terekhov V.I., Yarygina N.I. Heat transfer in turbulent separated flow behind a rib on the surface of square channel at different orientation angles relative to flow direction // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. No. 4. Pp. 726-733. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.10.037

13. Уильямс Дж. III. Отрыв пограничного слоя несжимаемой жидкости // Вихревые движения жидкости. М.: Мир, 1979. C. 58-100.

14. Терехов В.И., Смульский Я.И., Шаров К.А. Экспериментальное исследование структуры отрывного течения за уступом при наличии пассивного возмущения // Прикладная механика и техническая физика. 2016. Т. 57. № 1 (335). С. 207-215. DOI: 10.15372/PMTF20160120

15. Терехов В.И., Богатко Т.В. Исследование аэродинамики и теплообмена отрывного течения в осесимметричном диффузоре при внезапном расширении трубы // Прикладная механика и техническая физика. 2015. Т. 56. № 3 (331). С. 147-155. DOI: 10.15372/PMTF20150317

16. Терехов В.И. Отрывные течения: Механизмы формирования и возможности управления теплообменом // Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: XIII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева (С.-Петербург, Россия, 20-25 мая 2001 г.): Труды. Т. 1. М.: МЭИ, 2001. С. 15-20.

17. Ligrani P.M., Mahmood G.I. Variable property Nusselt numbers in a channel with pin fins // J. of Thermophysics and Heat Transfer. 2003. Vol. 17. No. 1. Pp. 103-111. DOI: 10.2514/2.6740

18. Sin Chien Siw, Minking K. Chyu, Alvin M.A. Effects of pin detached space on heat transfer in a rib roughened channel // Trans. of the ASME. J. of Turbomachinery. 2013. Vol. 135. No. 2. 9 p. DOI: 10.1115/1.4006567

19. Liu Y.Z., Ke F., Sung H.J. Unsteady separated and reattaching turbulent flow over a two-dimensional square rib // J. of Fluids and Structures. 2008. Vol. 24. No. 3. Pp. 366-381. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2007.08.009

20. Fouladi F., Henshaw P., Ting D.S.-K., Ray S. Flat plate convection heat transfer enhancement via a square rib // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 104. Pp. 1202-1216. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.023

21. Jibing Lan, Yonghui Xie, Di Zhang. Flow and heat transfer in microchannels with dimples and protrusions // Trans. of the ASME. J. of Heat Transfer. 2012. Vol. 134. No. 2. 9 p. DOI: 10.1115/1.4005096

22. Sang Dong Hwang, Hyun Goo Kwon, Hyung Hee Cho. Local heat transfer and thermal performance on periodically dimple-protrusion patterned walls for compact heat exchangers // Energy. 2010. Vol. 35. No. 12. Pp. 5357-5364. DOI: 10.1016/j.energy.2010.07.022

23. Ligrani P. Heat transfer augmentation technologies for internal cooling of turbine components of gas turbine engines // Intern. J. of Rotating Machinery. 2013. Vol. 2013. Article ID 275653. 32 p. DOI: 10.1155/2013/275653

24. Wen-Tao Ji, Jacobi A.M., Ya-Ling He, Wen-Quan Tao. Summary and evaluation on single-phase heat transfer enhancement techniques of liquid laminar and turbulent pipe flow // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 88. Pp. 735-754. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.008

25. Wenwu Zhou, Yu Rao, Hui Hu. An experimental investigation on the characteristics of turbulent boundary layer flows over a dimpled surface // Trans. of the ASME. J. of Fluids Engineering. 2016. Vol. 138. No. 2. 13 p. DOI: 10.1115/1.4031260

26. Turnow J., Kornev N., Isaev S., Hassel E. Vortex mechanism of heat transfer enhancement in a channel with spherical and oval dimples // Heat and Mass Transfer. 2011. Vol. 47. No. 3. Pp. 301-313. DOI: 10.1007/s00231-010-0720-5

27. Panigrahi P.K., Schroder A., Kompenhans J. PIV investigation of flow behind surface mounted permeable ribs // Experiments in Fluids. 2006. Vol. 40. No. 2. Pp. 277-300. DOI: 10.1007/s00348-005-0067-8

28. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия: Ленингр. отд-ние, 1980. 144 с.

29. Liou T.-M., Chang Y., Hwang D.-W. Experimental and computational study of turbulent flows in a channel with two pairs of turbulence promoters in tandem // Trans. of the ASME. J. of Fluids Engineering. 1990. Vol. 112. No. 3. Pp. 302-310. DOI: 10.1115/1.2909405

30. Aliaga D.A., Lamb J.P., Klein D.E. Convection heat transfer distributions over plates with square ribs from infrared thermography measurements // Intern. J.of Heat Mass Transfer. 1994. Vol. 37. No. 3. Pp. 363-374. DOI: 10.1016/0017-9310(94)90071-X

31. Cavallero D., Tanda G. An experimental investigation of forced convection heat transfer in channels with rib turbulators by means of liquid crystal thermography // Experimental Thermal and Fluid Science. 2002. Vol. 26. No. 2-4. Pp. 115-121. DOI: 10.1016/S0894-1777(02)00117-6

32. Andallib Tariq, Panigrahi P.K., Muralidhar K. Flow and heat transfer in the wake of a surface-mounted rib with a slit // Experiments in Fluids. 2004. Vol. 37. No. 5. Pp. 701-719. DOI: 10.1007/s00348-004-0861-8

33. Acharya S., Panigrahi P.K. Analysis of large scale structures in separated shear layers // Experimental Thermal and Fluid Science. 2003. Vol. 27. No. 7. Pp. 817-828. DOI: 10.1016/S0894-1777(03)00004-9

34. Acharya S., Dutta S., Myrum T.A., Baker R.S. Turbulent flow past a surface- mounted two-dimensional rib // Trans. of the ASME. J. of Fluids Engineering. 1994. Vol. 116. No. 2. Pp. 238-246. DOI: 10.1115/1.2910261

35. Jørgensen F.E. How to measure turbulence with hot-wire anemometers: a practical guide. Skovlunde: DANTEC Dynamics, 2002. 52 p.

36. Moffat R.J. Describing the uncertainties in experimental results // Experimental Thermal and Fluid Science. 1988. Vol. 1. No. 1. Pp. 3-17. DOI: 10.1016/0894-1777(88)90043-X

37. Афанасьев В.Н., Трифонов В.Л. Интенсификация теплоотдачи при вынужденной конвекции. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 67 с.

38. Шишов Е.В., Югов В.П., Афанасьев В.Н., Белов В.М. Экспериментальное исследование турбулентного пограничного слоя на плоской пластине с нулевым градиентом давления и постоянным тепловым потоком // Исследование процессов тепло- и массообмена в элементах конструкций. Вып. 3. М.: МВТУ, 1976. С. 121-129.

39. Теория тепломассообмена / А.И. Леонтьев, И.А. Кожинов, С.И. Исаев и др.; под ред. А.И. Леонтьева. 2-е изд. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 683 с.

40. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: пер. с нем. М.: Наука, 1974. 711 с. [Schlichting H. Grenzschicht-Theorie. 5. Aufl. Karlsruhe: G. Braun, 1965. 736 s.].

41. Van Bokhorst E., De Kat R., Elsinga G.E., Lentink D. Feather roughness reduces flow separation low Reynolds number glides of swifts // J. of Experimental Biology. 2015. Vol. 218. No. 20. Pp. 3179-3191. DOI: 10.1242/jeb.121426


Для цитирования:


Афанасьев В.Н., Трифонов В.Л., Гетя С.И., Кон Д. Выступ в турбулентном пограничном слое. Машиностроение и компьютерные технологии. 2017;(10):13-35. https://doi.org/10.24108/1017.0001312

For citation:


Afanasiev V.N., Trifonov V.I., Getya S.I., Kong D. Rib in Turbulent Boundary Layer. Mechanical Engineering and Computer Science. 2017;(10):13-35. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/1017.0001312

Просмотров: 273


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-9278 (Online)