Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик гладкой поверхности в следе за цилиндром
Автор: Николай Александрович Киселёв
Соавторы: А.Г. Здитовец, М.М. Стронгин, Ю.А. Виноградов
Организация: Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
Проведены результаты экспериментальных исследований коэффициентов теплоотдачи и сопротивления на гладкой поверхности в следе за поперечно установленным цилиндром. Коэффициент сопротивления определялся путем непосредственного взвешивания моделей на однокомпонентных тензометрических весах с учетом изменения статического давления на длине плавающих элементов. Для определения коэффициента теплоотдачи применялся метод нестационарного теплообмена с использованием ИК-камеры.
На расстоянии 796 мм от начала рабочего канала (длина 1080 мм, высота 30мм и ширина 300 мм) поперек потока (параллельно нижней стенке) устанавливался цилиндр диаметром d=8 мм. Зазор между нижней стенкой и цилиндром менялся в диапазоне 0-21 мм (цилиндр устанавливался с зазором в 0-11 мм с шагом 1 мм и с зазором 21 мм). Локальные значения коэффициентов теплоотдачи определялись на расстоянии x/d=0-20.625 от задней кромки цилиндра. Осредненные значения коэффициентов сопротивления определялись на участке x/d=12.5-20.625.
Получены следующие результаты:
Значения коэффициента сопротивления гладкой поверхности cxsm/cx0, отнесенные к коэффициенту сопротивления гладкой поверхности в невозмущенном потоке cx0 менялись в диапазоне cxsm/cx0=(‑1.65)‑(1.95) в зависимости от положения цилиндра и не зависели от числа Рейнольдса набегающего потока. Минимальные значения cxsm/cx0=-1.65±0.07 соответствуют c=0 мм (цилиндр расположен на стенке), максимальные значения cxsm/cx0= -1.96±0.06 соответствуют c=0 мм (цилиндр расположен на оси канала). При дальнейшем увеличении зазора c величина cxsm/cx0 начинает уменьшаться и достигает величины cxsm/cx0=1.08±0.03 при c=21 mm, т.е. при удалении цилиндра от стенки его влияние на динамический пограничный слой на стенке в канале практически не существенно.
Стоит отметить существенную неоднородность в распределении коэффициента теплоотдачи для всех положений цилиндра (кроме случая c=21 mm): сначала Stsm/St0 увеличивается от минимальных значений Stsm/St0=0.97-1.24 (наблюдаемых непосредственно у задней кромки цилиндра) до максимальных значений Stsm/St0=1.91-2.64 в зависимости от положения цилиндра. Положение максимума Stsm/St0 соответствует точке присоединения потока и, в диапазоне c=2-8 mm, находится в хорошем соответствии с зависимостью, предложенной в работе [1] для течения на пластине.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 18-08-00413 и СП-4006.2018.1.
1. Suzuki K. et al. Study on a Turbulent boundary Layer Disturbed by a Cylinder-Effect of Cylinder Size and Position // Turbul. Shear Flows / ed. Durst F. et al. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1991. Vol. 7. P. 119–135.
