ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Одним из наиболее распространенных способов интенсификации конвективного теплообмена является нанесение регулярного рельефа на теплопередающие поверхности. При этом данный метод приводит к существенному росту сопротивления поверхности. Для сравнения рельефов разного типа между собой либо с модельной гладкой поверхностью используют параметр теплогидравлической эффективности – фактор аналогии Рейнольдса (FAR) – соотношение между коэффициентами теплоотдачи и сопротивления единицы площади исследуемой поверхности. Очевидно, что механизмы, вызывающие изменение теплогидравлической эффективности поверхности, существенно зависят как от рельефа поверхности, так и от параметров набегающего потока. Поэтому для корректного сравнения исследуемые поверхности необходимо помещать в одинаковые условия. Таким образом, перед исследователем стоят следующие основные задачи: поиск рельефа, обеспечивающего максимальное значение FAR; предельно точное определение коэффициентов теплоотдачи и сопротивления исследуемого рельефа в широком диапазоне параметров потока; корректное сравнение полученных данных. Комплексное решение указанных задач – цель настоящего проекта. Экспериментальные исследования будут проводиться на аэродинамическом стенде, созданном в НИИ механики МГУ. На стенде реализована идея одновременного исследования рельефной и гладкой поверхностей и, следовательно, определение параметров за один эксперимент при заведомо одинаковых начальных условиях набегающего потока. Сопротивление пластин измеряется наиболее точным прямым методом – «взвешиванием» на тензометрических весах. Поле локальных коэффициентов теплоотдачи определяется нестационарным методом при помощи тепловизионного оборудования. Параметры и структура набегающего потока изменяются в широком диапазоне (скорость 15 – 125 м/с, создание крупномасштабных вихревых структур, возможность варьировать величины теплового и динамического пограничных слоев). В результате набирается массив экспериментальных данных, позволяющих выявить наиболее эффективные способы влияния на FAR.
One of the most common ways of intensification of convective heat transfer is to apply a regular pattern on the heat transfer surfaces. However, this method leads to a substantial increase in surface resistance. For comparison, the reliefs of different types with each other or with smooth surface model using thermal-hydraulic efficiency parameter - factor Reynolds analogy (FAR) - the ratio between the coefficients of heat transfer and resistance per unit area of the surface under study. Obviously, the drivers of change to the surface thermal-hydraulic efficiency significantly depend on the topography and on the parameters of the incoming flow. Therefore, a correct comparison of the studied surface must be placed in the same conditions. Thus, the researcher has the following main tasks: search for relief, ensuring maximum FAR; extremely accurate determination of heat resistance test and coefficient of relief over a wide range of flow parameters; a valid comparison of the data obtained. Complete solution of these problems - the goal of this project. Experimental studies will be carried out on an aerodynamic stand, created in the Institute of Mechanics, Moscow State University. The stand introduced the idea of simultaneous studies of relief and smooth surfaces, and therefore, the determination of the parameters of an experiment with the same initial conditions known to the incoming flow. The resistance of the plates is measured the most accurate direct method - "weighing" on the strain gauge scales. The field of local heat transfer coefficients determined by the time-dependent method using thermal imaging equipment. The parameters and the structure of the incoming flow vary over a wide range (speed 15 - 125 m / s, the establishment of large-scale vortex structures, the ability to vary the magnitude of the thermal and dynamic boundary layers). As a result typed array of experimental data to identify the most effective ways to impact on the FAR.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Фундаментальные исследования влияния крупномасштабных вихревых структур на фактор аналогии Рейнольдса (FAR), определяющий эффективность теплообменного оборудования |
Результаты этапа: Разработана методика обработки экспериментальных данных для определения полей распределения коэффициентов теплоотдачи на поверхностях, покрытых регулярным рельефом. Предложенный метод позволяет определять искомые величины при любых градиентах температур и формах поверхности. При проведении исследований вихреобразующего рельефа коэффициент теплоотдачи определяется с использованием трехмерного уравнения нестационарной теплопроводности, составленного с учетом экспериментально полученного набора распределений температур при охлаждении поверхности пластины. Благодаря этому при экспериментальном определении как локальных, так и средних значений параметров теплообмена учитывается рельеф рассматриваемой поверхности и, следовательно, все тепловые потоки, возникающие при проведении экспериментальных исследований. Экспериментально исследовано влияние густоты нанесения вихревых интенсификаторов теплообмена, а именно продольного и поперечного шагов коридорного массива лунок на процессы интенсификации теплообмена и сопротивления. Проведены одновременные исследования коэффициентов теплоотдачи и сопротивления для 12 различных моделей поверхностей с коридорной компоновкой интенсификаторов (с продольными шагами 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 22 мм при поперечном шаге 12 мм, с поперечными шагами 8, и 16 мм и продольным шагом 10 мм, а также с поперечными шагами 8, 10, 16 мм и продольным шагом 16 мм) в широком диапазоне чисел Рейнольдса, определенных по длине пограничного слоя. Получены величины локальных распределений коэффициентов теплоотдачи по поверхности моделей, а также осредненные (по поверхности исследуемой пластины – при фиксированном локальном числе Рейнольдса по длине соответствующего пограничного слоя) величины интенсификации теплообмена и увеличения сопротивления. Проведена визуализация обтекания регулярного рельефа и получены картины обтекания указанных массивов лунок. | ||
2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Фундаментальные исследования влияния крупномасштабных вихревых структур на фактор аналогии Рейнольдса (FAR), определяющий эффективность теплообменного оборудования |
Результаты этапа: Проведены экспериментальные исследования процессов увеличения сопротивления и интенсификации теплоотдачи в щелевом канале при наличии различных вихревых структур. Рассматривалось обтекание поверхностей с различными типами лунок, исследовано взаимодействие течения в следе за цилиндром со стенками канала. Для исследованных моделей получены следующие результаты: - облуненные поверхности обеспечивают осредненную интенсификацию теплообмена St/St0 = 1.17-1.27 и осредненное увеличение сопротивления cx/cx0 =1.03 – 1.53 в зависимости от формы лунки. Наибольшую теплогидравлическую эффективность (St/St0)/(cx/cx0) = 1.14 имеет сферическая лунка со скругленными краями, максимальное значение (St/St0)/(cx/cx0)1/3 = 1.18 соответствует обычной сферической лунке. Минимальное значение теплогидравлической эффективности RAF = 0.80 имеют поверхности с каплеобразными лунками. - величина относительного коэффициента сопротивления трения в канале высотой 30 мм с цилиндром диаметром 8 мм существенным образом зависит от зазора между стенкой и кромкой круглого цилиндра. Значение cf/cf0, определенное с помощью плавающего элемента в экспериментах менялось в диапазоне -0.71-2.0. Максимальное увеличение сопротивления трения получено при расположении цилиндра на оси канала, минимальное - соответствует зазору между стенкой и цилиндром в 1 мм. - осредненные по площади плавающего элемента значения St/St0 менялись в диапазоне 1.0-2.0. Максимальное осредненное значение St/St0 получено для величины зазора между стенкой и цилиндром в 9 мм. При уменьшении зазора до 1 мм величина St/St0 падает до 1.5, при увеличении зазора до 21 мм величина St/St0 также уменьшается, при этом минимально значение St/St0 составляет 1.0. | ||
3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Фундаментальные исследования влияния крупномасштабных вихревых структур на фактор аналогии Рейнольдса (FAR), определяющий эффективность теплообменного оборудования |
Результаты этапа: Проведены экспериментальные исследования процессов увеличения сопротивления и интенсификации теплообмена в щелевом канале на гладких и облуненных поверхностях при наличии крупномасштабных вихревых структур. Рассматривалось обтекание гладкой и облуненной поверхностей в следе за цилиндром диаметром 8 мм, помещенным в щелевой канал высотой 30 мм. Расстояние от нижней кромки цилиндра до стенки канала менялось в диапазоне 0 11мм. Определение коэффициента сопротивления проводилось с использованием плавающих элементов длиной 125 мм (с учетом перепада давления на длине моделей) в диапазоне скоростей 10 120 м/с, при этом передняя кромка моделей находилась на расстоянии 40 мм от цилиндра. Определение коэффициента теплоотдачи проводилось методом нестационарного теплообмена с использованием ИК-камеры при скорости потока 75 м/с. Для указанных моделей и параметров потока получены следующие результаты: -осредненные по площади плавающего элемента значения увеличения сопротивления (значение коэффициента сопротивления cx, отнесенное к коэффициенту сопротивления гладкой пластины в невозмущенном потоке cx0) лежат в диапазонах: cx/cx0=-1.5 2.0 для гладкой поверхности, и cx/cx0=-2.6 2.9 для облуненной. При этом наименьшие значения cx/cx0 соответствуют наименьшим значениям числа Рейнольдса и расстоянию цилиндра от стенки, максимальные – наибольшим значениям числа Рейнольдса и расстоянию цилиндра от стенки. Относительное увеличение сопротивления облуненной пластины (в данном случае коэффициент сопротивления облуненной пластины отнесен к коэффициенту сопротивления стоящей параллельно гладкой пластины) при этом лежит в диапазоне 1.25-1.55 и практически не зависит от положения цилиндра. Данные значения удовлетворительно совпадают со значениями относительных коэффициентов сопротивления облуненой поверхности в невозмущенном потоке; - локальные значения относительных коэффициентов теплоотдачи (значение коэффициента сопротивления St, отнесенное к коэффициенту сопротивления гладкой пластины в невозмущенном потоке St0) лежат в диапазонах: для гладкой поверхности: St/St0=0.75 2.7, для облуненной - cx/cx0=-1.0 2.8. Максимальное значение коэффициента теплоотдачи на гладкой пластине находится на расстоянии 30 мм от задней кромки цилиндра, при положении нижней стенки цилиндра на расстоянии 4 мм от нижней стенки. При прочих положениях цилиндра максимум смещен ниже по потоку и имеет меньшую величину (St/ St0=1.9 2.25). Локальная относительная интенсификация теплообмена на облуненной пластине (при этом коэффициент теплоотдачи облуненной пластины отнесен к коэффициенту теплоотдачи стоящей параллельно гладкой пластины) имеет менее выраженные максимальные и минимальные значения (в сравнении с интенсификацией теплообмена на облуненных поверхностях в невозмущенном потоке). При этом на удалении от цилиндра вниз по потоку значения коэффициентов теплоотдачи стремятся к значениям, соответствующим обтеканию облуненных поверхностей невозмущенным потоком. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".