Строительные исследования
страница - 0
ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОДИНАМИКУ И ТЕПЛООТДАЧУ В ГАЗОВЫХ ПРИСТЕННЫХ
СТРУЯХ
Полетаев А.М., Жилкин Б.П., Тюльпа В.В. (turbine@r66.ru) Уральский государственный технический университет - УПИ
Для того, чтобы выбрать эффективное управляющее воздействие на процесс теплоотдачи при турбулентном течении, необходимо представлять гидродинамическую структуру потока, определяемую условиями его формирования и развития.
Особенность гидродинамической ситуации, когда тонкослойное струйное течение, вытекающее из плоской щели малой (b<5 мм) высоты, распространяется в спутном потоке, заключается в том, что кроме пристенного слоя формируется и внешний пограничный слой (слой смешения, слой сдвига). Эти погранслои оказывают взаимное влияние друг на друга, в результате чего складываются специфические структурно-гидродинамические условия теплоотдачи.
Исследование структуры течения путем визуализации по методу Теплера и статического анализа полей пульсаций скорости и температуры потока, полученных с помощью двухканального электротермоанемометра с постоянной температурой нити, которое проводилось совместно с замерами вариаций температуры поверхности твердого тела и определением по способу [1] локального коэффициента теплоотдачи ах, позволило представить следующие гидромеханические условия теплоотдачи (см. рис.
1).
А именно, при первичном взаимодействии настильной струи со сносящим потоком в непосредственной близости за кромкой разделительной стенки образуется система в виде слоев продольных (ориентированных по потоку) вихрей по всей толщине пристенного слоя. Среди них определяющими, наиболее мощными являются самые верхние, обращенные к сносящему потоку, первичные жгуты.
По мере дальнейшего развития течения эти вихри спариваются, возникает результирующие вихревые образования, оси которых начинают вращаться (эффект прецессии). Чуть ниже по течению формируется двойная гидродинамическая конструкция: крупномасштабная, как бы гофрированная (в пространстве) структура несет на себе упомянутые результирующие вихри. Нечто подобное наблюдается и в свободном сдвиговом слое [2].
Амплитуда колебаний несущей структуры растет, увлекаемые ею вихри достигают вязкого подслоя на поверхности нижней стенки, возмущая его, что и приводит к резкой интенсификации теплоотдачи. Далее по течению волновые поперечные структуры постепенно оттесняются от поверхности нарастающим вязким подслоем, и коэффициент теплоотдачи ах монотонно убывает.
Рис. 1. Схема течения (а) и распределение (б) локального коэффициента теплоотдачи ах
вдоль оси X потока.
На основе описанного выше представления о гидродинамических факторах теплообмена пристенной струи с подстилающей поверхностью можно заключить, что управлять этим процессом можно изменяя скорость самой струи, а также соотношение скоростей струи и сносящего потока.
Кроме того известно [3], что возможно управление образованием и развитием обнаруженных структур путем введения в поток трехмерных возмущений. Такие возмущения могут быть созданы, в частности, наложением акустических полей.
При этом важно то, что при уменьшении или увеличении разности
средних скоростей вдуваемой струи (u2) и спутного потока au = u2 - u 1 частоты fmi, соответствующие максимуму интенсивности пульсаций скорости 8u в зонах существования микро- и макроструктур пропорционально сдвигаются, сохраняя при этом отношение частоты флуктуаций вихревых жгутов к частоте прохождения макроструктур ниже по течению, равным
примерно двум (рис. 2.). Температуры струи и спутного потока равнялись соответственно t2 и ti.
02463 Ди, М;с
Рис. 2. Зависимость частоты fm, соответствующей максимуму пульсаций скорости потока,
от разности исходных скоростей взаимодействующих потоков Au (щ =7,5 м/с; t1= t2=18 оС): 1 - в зоне существования вихревых жгутов; 2 - в области поперечных макроструктур
Эксперименты по влиянию акустического воздействия проводились на установке всасывающего типа, что позволило обеспечить низкий уровень начальной турбулентности обоих взаимодействующих течений (eu < 1 %). Схема ее опытного участка приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема опытного участка установки всасывающего типа: 1 - продольная стенка; 2 - подвижное разделительное тело (стенка); 3 - боковая стенка; 4 - гибкое соединение
Эксгаустер, установленный на выходе из установки, засасывал воздух в опытный участок из лабораторного помещения. Вход в канал был выполнен конфузорным с профилем Витошинского. Общая длина рабочего участка равнялась 700 мм, а его поперечное сечение могло изменяться от 5x140 мм2 до 50x140 мм2.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1]