Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик вихреобразующей 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 вихреобразующей 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. В экспериментах исследовалась поверхность с шахматной компоновкой лунок с продольным и поперечным шагами 8 и 9 мм (глубина лунок – 1мм, диаметр пятна – 7.75 мм). Получены следующие результаты:
Значения относительного коэффициента сопротивления cxd/cxsm облуненной поверхности при зазоре c=21 мм незначительно превышает значение увеличения сопротивления в невозмущенном потоке. Далее величина cxd/cxsm растет при уменьшении зазора c. Это, по-видимому связано с тем, что величины коэффициентов сопротивления шахматных компоновок в невозмущенном потоке связаны с характерным взаимодействием лунок, расположенных в соседних рядах [1] – внесение крупномасштабных вихревых структур приводит к нарушению данного взаимодействия и увеличению коэффициента сопротивления.
Установка лунок приводит к увеличению неоднородности в поле коэффициентов теплоотдачи в следе за цилиндром в сравнении с гладкой стенкой. В первой части лунки (по направлению потока) наблюдается минимум коэффициентов теплоотдачи (по-видимому, вызванный наличием рециркуляционной зоны в этой области), у задней кромки наблюдаются максимальные значения коэффициентов теплоотдачи (область присоеднинения потока). При рассмотрении полей величин Std/St0 стоит отметить увеличение областей минимальных значений внутри лунок непосредственно за цилиндром (в области возвратных течений). Максимальные значения коэффициентов теплоотдачи при этом расположены при тех же значениях x/d, что и для гладкой стенке. Локальные значения интенсификации теплообмена на облуненной стенке варьировались в диапазоне Std/St0=0.9‑3.2 в зависимости от положения цилиндра.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 18-08-00413 и СП-4006.2018.1.
1. van Nesselrooij M. et al. Drag reduction by means of dimpled surfaces in turbulent boundary layers // Exp. Fluids. Springer Berlin Heidelberg, 2016. Vol. 57, № 9. P. 1–14.
