Экспериментальное исследование теплообмена при струйном обтекании конуса | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Суюнжанова У. П., Бейсенов Х. И., Исатаев М. С. Экспериментальное исследование теплообмена при струйном обтекании конуса // Молодой ученый. — 2016. — №27. — С. 10-14. — URL https://moluch.ru/archive/131/36483/ (дата обращения: 22.08.2018).



Эксперименты по измерению местного коэффициента теплоотдачи проводились при углах раскрытия конуса ω=150; 900. Причем, струя рапространялась как от основания конуса в сторону вершины, так и от вершины в сторону его основания. В ходе экспериментов выяснилось влияние параметра поперечной кривизны, угла раскрытия конуса, направление истечения струи, начального и текущего числа Рейнольдса на местный коэффициент теплообмена пристенной струи [1].

Благодаря отсутствию необогреваемого участка в начале струи, динамический и тепловой пограничные слои начинали формироваться одновременно независимо от параметров ω и SR.

Первичные результаты измерений местного коэффициента теплообмена приведены на рис.1–2. На графиках продольная координата х отсчитывается со среза сопла и продолжает расти вдоль образующей конуса.

Как видно из рис.1 и 2 значения местного коэффициена теплоотдачи для случая расходящегося конуса с углом при вершине ω=150 сначала возрастает до 10÷14 калибров, затем монотонно уменьшается с удалением от сопла.

Рис. 1. Местные коэффициенты теплообмена в расходящейя конической струе u0=const, b=var

Рис. 2. Местные коэффициенты теплообмена в расходящейся конической струе b=const, u0=var

По результатам измерений местные коэффициенты теплообмена сходящейся конической струи при ω=150 обнаружено, что местный коэффициент теплообмена сначала заметно уменьшается, подтверждая наличие ламинарного пограничного слоя, затем на расстоянии 15–20 калибров от сопла, достигнув максимума, что соответствует концу переходного участка, снова начинает уменьшаться, уже в основном участке. Отсюда следует, что в сходящейся пристенной струе область с ламинарным режимом течения гораздо длиннее, чем в расходящейся струе в аналогичных условиях.

На рисунках 3–4 результаты измерения местного коэффициента теплообмена обработаны в координатах Nux=f (Remx), где Nux=αx/λ, Remx=um·x/υ [2].

Распределение локального коэффициента теплообмена расходящейя конической и радиальной струи приведено на рис. 3. Здесь же приведены расчетные зависимости коэффициента теплообмена:

Nux = 0.43 Pr 1/3Re x1/2 (1)

Nux = 0.0306 Pr ¼ Re x0.8 (2)

Nux = 0.038 Pr ¼ Re x0.8(3)

соответствующие теплообмену при обтекании пластины ламинарным (линия 1), турбулентным (линия 2), однородным потоком и при струйном обтеканий (линия 3). [3]

Рис. 3. Местный коэффициент теплообмена раходящейся струи при различных u0, b=const.

Рис. 4. Местный коэффициент теплообмена раходящейся струи при различных SR

Как видно, благодаря влиянию поперечной кривизны обтекаемой поверхности экспериментальные зависимости значительно отличаются от зависимости (3). Аналогичный результат был получен при исследовании теплообмена конуса. Это обусловлено тем, что с удалением от сопла изменение максимальной скорости приближается к зависимости um˜ и значения перестает изменяться с ростом х, хотя продолжается рост значения Nux.

Поэтому все экспериментальные данные по измерению местного коэффициента теплообмена были обработаны в координатах St0=f (x/b) и Stm=f (x/b), где St0=, - плотность воздуха в условиях эксперимента, um- максимальная скорость струи в данном сечении.

Применение полуограниченных струйных течений в химическом машиностроении, топочной технике, а также для. охлаждения камер сгорания различных устройств вызвало повышенный интерес специалистов в соответствующих исследованиях. В последнее время становятся все более актуальными исследования турбулентного обмена в полуограниченных струях и потоках, в связи с перспективой применения их результатов для очистки приземного воздушного бассейна.

В имеющихся работах рассматривались закономерности аэродинамики и теплообмена при продольном обтекании струей плоской пластины, цилиндра и шара, для которых выявлены основные закономерности течения.

Одной из разновидностей полуограниченных течений является струйное обтекание круглого конуса, ' изучению которого посвящено совсем немного работ. Большинство имеющихся теоретических работ рассматривают, в основном, сверхзвуковое обтекание конуса или обтекание конуса ламинарной струей, где допустимы определенные пренебрежения. Экспериментальные работы ограничиваются рассмотрением случая, когда струя распространяется в сторону основания конуса и в целом не раскрывают полной картины полуограниченных струйных течений. Практически отсутствуют работы по изучению закономерностей сходящейся конической и радиальной полуограниченных струй. В то же время, изучение аэродинамики и теплообмена полуограниченной струи, распространяющейся вдоль конуса, как в сторону основания, так и в сторону вершины даэт возможность подойти к решению задач пристенного турбулентного т^яения, поскольку вопрос об обтекании конуса обобщает большой класс задач струйного обтекания поверхностей различной геометрии.

Вывод:

В данной работы экспериментально исследовалось влияния числа Рейнольдса, параметра поперечной кривизны и угла раскрытия конуса на местные коэффициенты теплообмена в расходящейся и сходящейся турбулентной полуограниченной струе, распространяющейся по поверхности конуса. Экспериментальные исследования коэффициента местной теплоотдачи проводились при углах раскрытия конуса ω=15,00; 90,00. Результаты показали, что в расходящейся струе (ω=15,00) на высоте между 10–14 калибрами наблюдается в начале рост, а затем равномерное уменьшение коэффициента местной теплоотдачи.

Показано, что обработка данных теплообмена в координатах Nux=f (Remx) для расходящейся конической струи не корректна. Экспериментальные данные лучше обобщаются в координатах Stm=f (x/b). Но влияние параметра поперечной кривизны и угла раскрытия конуса не может быть учтено только коэффициентами, зависящими от параметров SR и ω, а зависит также от продольной координаты х.

Литература:

  1. Акатнов Н. И. Распространение плоской ламинарной струи несжимаемой жидкости вдоль твердой стенки //Труды ЛПИ им. М. И. Калинина. 1989. № 1. -C.171–173.
  2. Исатаев С. И. Распространение ламинарной полуограниченной струи, вытекающей из кольцевого источника конечного диаметра, вдоль цилиндрической, конической и сферической поверхностей //Прикладная теплофизика.-Алма-Ата,1987. Вып.2.
  3. Цуккер М. С. Ламинарная несжимаемая струя, бьющая из радиально-щелевого диффузора вдоль стенки // ПММ.1999.Т.18.Вып.6. -C.757–761.
Основные термины (генерируются автоматически): местный коэффициент теплообмена, угол раскрытия конуса, струя, поперечная кривизна, сторона вершины, расходящаяся струя, продольная координата, обтекание конуса, местная теплоотдача, влияние параметра.


Похожие статьи

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Рис. 1. Продольный разрез трубы с кольцевой накаткой.

Во всех нижеприведенных зависимостях при вычислении коэффициентов теплоотдачи в трубах с кольцевыми

При закрутке потока местные пристеночные скорости увеличиваются, и общее течение изменяется.

Исследование свойств поверхностей вращения с использованием...

Точка — вершина конуса, точка принадлежит поверхности.

При y=0 в сечении получается парабола с вершиной в начале координат и осью OZ.

В качестве параметров указываем коническую поверхность и вспомогательную плоскость.

Виртуальная лаборатория для расчета развития топливного факела

На данном этапе программа позволяет оценить влияние параметров распыла на общую геометрию факелов: угол их раскрытия, степень закрутки вихрем. Это обеспечивает возможность простого и наглядного контроля столкновения топливных струй...

Сопряжённый теплообмен при движении вязкой несжимаемой...

Изучено влияние условий теплообмена на характер движения теплоносителя.

по координате y; u, v — размерные продольная и поперечная составляющая скорости движения жидкости соответственно; T0, v0– начальные размерные значения температуры и скорости.

Определение некоторых параметров летательных аппаратов...

При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струе потока.

Угол между осью и образующей конуса α связан с числом Маха M соотношением.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Эта играет очень важную роль для управления параметров воздуха внутри бронетанковой техники при длительном хранении в эксплуатационных условиях Вьетнама.

Теплообмен между двумя воздушными средами

где х, у, z — пространственные координаты; τ — время, с.

К оценке напряженно-деформированного состояния конических...

то при этом длина образующей sотcчитывается от вершины конуса.

.(7). Деформации срединной поверхности оболочек и параметры изменения её кривизны могут быть

Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

Устойчивость и распад струи выхлопных отработавших газов...

При этом скорость на оси струи и в поперечных сечениях, естественно, падает.

Следует учитывать такие движение, возникающее при струйном обтекании тел, равняющейся

Рост или затухание колебаний обусловливаются физическими параметрами струи и окружающей...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Рис. 1. Продольный разрез трубы с кольцевой накаткой.

Во всех нижеприведенных зависимостях при вычислении коэффициентов теплоотдачи в трубах с кольцевыми

При закрутке потока местные пристеночные скорости увеличиваются, и общее течение изменяется.

Исследование свойств поверхностей вращения с использованием...

Точка — вершина конуса, точка принадлежит поверхности.

При y=0 в сечении получается парабола с вершиной в начале координат и осью OZ.

В качестве параметров указываем коническую поверхность и вспомогательную плоскость.

Виртуальная лаборатория для расчета развития топливного факела

На данном этапе программа позволяет оценить влияние параметров распыла на общую геометрию факелов: угол их раскрытия, степень закрутки вихрем. Это обеспечивает возможность простого и наглядного контроля столкновения топливных струй...

Сопряжённый теплообмен при движении вязкой несжимаемой...

Изучено влияние условий теплообмена на характер движения теплоносителя.

по координате y; u, v — размерные продольная и поперечная составляющая скорости движения жидкости соответственно; T0, v0– начальные размерные значения температуры и скорости.

Определение некоторых параметров летательных аппаратов...

При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струе потока.

Угол между осью и образующей конуса α связан с числом Маха M соотношением.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Эта играет очень важную роль для управления параметров воздуха внутри бронетанковой техники при длительном хранении в эксплуатационных условиях Вьетнама.

Теплообмен между двумя воздушными средами

где х, у, z — пространственные координаты; τ — время, с.

К оценке напряженно-деформированного состояния конических...

то при этом длина образующей sотcчитывается от вершины конуса.

.(7). Деформации срединной поверхности оболочек и параметры изменения её кривизны могут быть

Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

Устойчивость и распад струи выхлопных отработавших газов...

При этом скорость на оси струи и в поперечных сечениях, естественно, падает.

Следует учитывать такие движение, возникающее при струйном обтекании тел, равняющейся

Рост или затухание колебаний обусловливаются физическими параметрами струи и окружающей...

Задать вопрос