автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмен и гидродинамика на выпуклой поверхности с отрицательным градиентом давления

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Інститут технічної теплофізики

; і

' / Шевцов Сергій Володимирович

УДК 532.526

ТЕПЛООБМІН ТА ГІДРОДИНАМІКА НА ОПУКЛІЙ ПОВЕРХНІ З ВІД’ЄМНИМ ГРАДІЄНТОМ ТИСКУ

СПЕЦІАЛЬНІСТЬ 05.14.05 - Теоретична теплотехніка

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук

Київ -1998 р.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті технічної теплофізики Національної Академії Наук України

Науковий керівник - доктор технічних наук,

чл.- кор. НАН України,

Халатов Артем Артемович, .

, ІТТФ НАН України, зав. відділом

Офіційні опоненти - доктор технічних наук

/ Рейсіг Володимир Анатолійович,

ІТТФ НАН України, ст. науков. співр.

кандидат технічних наук Гулий Сергій Іванович,

НТУ України “КПГ. ст. викладач

Провідна установа - Інститут гідромеханіки НАН України,

відділ Гідробіоніки та управління пограничним шаром, м. Київ

Захист відбудеться "£4" БвРеЗЧЙ 1998р. о|4_ годин 00. хвилин на засіданні спеціалізованої вченої ради К 50.04.03 в Інституті технічної теплофізики НАН України за адресою: 252057, м. Київ - 57, вул. Желябова, 2-а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту технічної теплофізики НАН України.

Автореферат розіслано"2Р" ЛЮТОГО 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук / _ . Г. Р. Кудрицький;

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створення економічних, високоефективних та надійних теплоенергетичних машин та установок продовжує залишатися однією з актуальних задач сучасного енергомашинобудування. Це приводить до необхідності урахування різноманітних факторів, котрі раніше не приймали до уваги. Одним з таких факторів є повздовжня кривизна поверхні теплообміну, ідо має місце в протокових частинах багатьох установок, що застосовуються в енергетиці, авіаційній, ракетно-космічній та інших областях техніки. Іншим фактором є повздовжній градієнт тиску, що має місце практично в усіх каналах, які поширюються або звужуються, різноманітних пристроїв і апаратів. Знання про ступінь впливу згаданих факторів на структуру потоку є необхідним для більш точного розрахунку, а засоби розрахунку, що застосуються в нинішній час, недосконалі, бо не враховують спільного впливу кривизни і градієнту тиску на фізичну структуру потоку і закономірності теплообміну.

Мета роботи полягає в експериментальному дослідженні теплообміну і структури турбулентного пограничного шару біля опуклої поверхні, що має постійний радіус кривизни, в умовах від'ємного повздожнього градієнту тиску, поширенні сучасних уявлень щодо осередненої та пульсаці-йної структури таких струменів і розробці на основі отриманих результатів фізично обгрунтованого засобу розрахунку локального теплообміну. .

Наукова новизна.

1. Одержано експериментальні дані, що доповнюють і поширюють сучасні подання про фізичну структуру і закономірності осередненого струменю, турбулентного пограничного шару і локального теплообміну на опуклій поверхні в умовах відсутності і наявності градієнту тиску.

2. На основі експериментальних досліджень і узагальнення дослідних даних отримано:

• рівняння подібності для локального теплообміну, що враховує вплив опуклої кривизни потоку і від'ємного градієнту тиску;

• рівняння для визначення довжини шляху перемішування і локальних характеристик' осередненого струменю в пограничному шарі біля опуклої поверхні в умовах прискорення потоку.

3. Запропоновано функції, що коригують модель турбулентної в'язкості, стосовно урахування кривизни поверхні та прискорення потоку.

Автор захищає:

1. Нові експеримент&пьні дані з локального теплообміну, осередненій структурі потоку на опуклій поверхні в умовах безградієнтного струменю при мінливості параметру кривизни 8"*/Яа від 0.1-10'3 до 1,5-Ю'3 і Еевх від 0,45-105 до 1,2-10*.

2. Нові експериментальні дані з локального теплообміну, осередненій і турбулентній структурі потоку на опуклій поверхні при мінливості параметру від'ємного градієнту тиску Л від 0 до -4,34.

3. Узагальнюючі залежності для характеристик осередненого струменю,

закономірностей турбулентного переносу, локального теплообміну, що описують експериментальні дані в означеному діапазоні визначених параметрів. • :

4. Функції, що коригують модель турбулентної в'язкості, котрі враховують вплив кривизни і повздовжнього від'ємного градієнту тиску.

Практична цінність. Отримані результати можуть бути застосовані для теплового і гидромеханічного розрахунку елементів теплоенергетичного обладнання, об'єктів авіаційної і ракетної техніки, посування газових і рідких середовищ в гідромеханічних спорудах і т.п. Вони використані в Інституті технічної теплофізики НАН України при виконанні бюджетної теми "Дослідження теплообміну і аеродинаміки позакручуваних і криволінійних струменів в енергетичних машинах і технологічних процесах" (шифр теми 1.7.1, № держ. реєстрації 01860054156). .

Вірогідність отриманих результатів. Забезпечується використанням сучасних засобів фізичного і математичного моделювання, задовільним погодженням розрахункових і експериментальних даних, визначенням похибок експерименту.

Особистий внесок автора щодо отримання наукових здобутків полягає в розробці основної ідеї дисертації, ставленні і вирішенні мети дослідження, виконанні розрахункових досліджень. Автору належить також обробка, аналіз та узагальнення отриманих експериментальних даних. Всі наукові праці, що були надані у співавторстві, було виконано здобу-вачем у вигляді рівноправного партнерства.

з

Апробація роботи. Основні матеріали дисертаційної роботи були до-повідені і отримали схвалення на Ні Всесоюзній школі-семінарі молодих учених і фахівців (м. Алушта, 1989), XIX Науково-технічній конференції молодих учених і фахівців ІТТФ АН України (м. Київ, 1990), Міжвузівській конференції-конкурсі молодих учених і фахівців Казахського державного університету (м. Алма-Ата, 1990), VIII Всесоюзній школі - семінарі МДТУ ім. М. Е. Баумана (м, Москва, 1991), а також увійшли в фундаментальну монографію в 4-х томах "Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил" (том 1: "Криволинейные потоки и каналы", Київ, вид-во 1ТТФ НАН України, 1996 г.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 друкарських робіт.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із введення, трьох розділів, висновків, списку використаної літератури. Викладена на 117 сторінках машинописного тексту, містить 55 малюнків, 2 таблиці. Список використаної літератури включає 95 найменувань.

ЗГЛІСТ РОБОТИ

У вступі показані важливість і актуальність теми дисертації, обгрунтована мета роботи.

У першому розділі виконано огляд сучасного стану проблеми, що розглядається, і зроблено постановку задачі дослідження.

В огляді розглянуто основні галузі застосування криволінійних струменів в техніці, перелічено їхні поважні особливості. Наводиться математичний опис криволінійних струменів, напівемпіричні рівняння для турбулентного дотичного напруження і теплового потоку для згаданних струменів. Наведено експериментальні дані щодо впливу опуклої кривизни на локальні та інтегральні параметри турбулентного пограничного шару. Наведено також дані щодо впливу повздовжнього від'ємного градієнту тиску на характеристики струменю та теплообмін для струменя, що посувається біля плоскої поверхні.

В другому розділі наведено опис експериментальної установки і дослідної ділянки (об'єкту дослідження), а також наведено результати експериментів, що мали за мету доведення обраного методу досліджень.

Експериментальні дослідження були поведені на аеродинамічній трубі відкритого типу (мал. 1). Повітря з атмосфери повз вентилятор і регулюючу заслонку спрямовувалося в ресивер і після цього крізь при-

стрій для звуження струменю прямувалося в дослідну ділянку. На вході і виході ресивера встановлювалися сітки, що вирівнювали аероди- -намічний профіль струменю. Ресивер поєднано з прямокутним соплом з коефіцієнтом підтиску 6:1, яке спрофільоване за формулою Віто-шинського. Між соплом і дослідною ділянкою розташовано прямолінійну ділянку стабілізації завдовжки 0,07 м, розміри якої (висота h = 0,1 м і ширина b = 0,2 м) дорівнють вхідним розмірам дослідної ділянки. На зрізі ділянки стабілізації встановлено трубку Літо для контролю швидкості струменю.

Дослідна ділянка уявляла собою опуклу поверхню з текстолиту завширшки 0,2 м, завдовжки 0,5 м з постійним радіусом кривизни Rw = 1,5м. Для дослідження теплообміну на ній змонтовано сітковий нагрівник завтовшки 60 мкм потужністю 250 Вт. Нагрівник включався до електричного ланцюгу і забезпечував закон qw = const на поверхні теплообміну. З внутрішньої сторони для зменьшення теплових втрат поверхня була теплоізольована азбестом. За довжиною опуклої поверхні в її середньому перетині змонтовано 10 термоелектричних термометрів градуювання ХА з діаметром термодроту 0,2 мм. Для врахування теплових втрат в трьох перетинах по довжині на внутрішньому боці поверхні і контролю рівномірності температурного стану по ширині поверхні в двох перетинах було встановлено аналогічні термоелектричні термометри, які пройшли тестування Метрологічною службою України.

Градієнт тиску створювався переміщенням рухомої пластини, що була закріплена в верхній частині дослідної ділянки.

Профілі осередненьої та пульсаційної швидкостей та одноточкові кореляції вимірювалися за допомогою термоанемометра постійної температури ТАІК-2 при використанні методу "похилої нитки".

Метою проведення налагоджувальних експериментів на плоскій поверхні в умовах безградієнтного струменю було відпрацювання методики вимірювання теплообміну, гідродинамічних і пульсаційних характеристик турбулентного пограничного шару. "

Отримані дані з осереднених, пульсаційних характеристик і локального теплообміну на плоскій поверхні задовільно погоджуються з відомими даними різних дослідників (Жукаускас А.А., Klebanoff P.S.).

Похибки вимірювання основних параметрів струменю складали: осереднене значення швидкості - 4,4%, повздовжня і поперечна пульсації швидкості - 4,6% і 8,6% відповідно, одноточкова кореляція - 20,3%,

коефіцієнт тепловіддачі - 5,0%, число Рейнольдса - 2,1%, число Нус-сельта - 5,4%.

Третій розділ присвячено експериментальному дослідженню гідродинаміки, турбулентної структури і локального теплообміну на опуклій поверхні в умовах безградієнтного струменю та під впливом від'ємного повздовжнього градієнту тиску.

Основні параметри експериментів змінювалися в наступних межах: вхідне число Рейнольдса Яевх від 0,45-105 до 1,2-105; параметр кривизни струменю «У**//?*, від 0,1-Ю'3 до 1,5-Ю’3; параметр градієнту тиску Л від 0 До - 4,34. ' .

Первісно було виконано експерименти з дослідження осередненої та турбулентної структури пограничного шару на опуклій поверхні при відсутності градієнту струменю. Внаслідок консервативного впливу опуклої кривизни заповнення профілю швидкості зменьшується у порівнянні із заповненням профілю швидкості на плоскій поверхні. Зменьшен-ня заповнення профілю швидкості наводить до зниження показника п в степеневому профілі и/их = (у/5)і/п. Зниження показника п в даному діапазоні мінливості параметру кривизни <5**/Яш має нелінійний вигляд (мал. 2), а експериментальні дані задовільно узагальнюються залежністю .

п/щ = 1 - 0, 191[(3**/Яа) 103 Ґ31. (1)

Зменьшення заповнення профілю швидкості наводить до збільшення формпараметра Я. В області < 2-Ю'3 спостерігається різке змі-

нення величини Я, а за > 2-Ю3 величина Я асимптотично пра-

гне до постійного значення. Аналіз даних виявляє нелінійний характер впливу опуклої кривизни на осереднені характеристики.

Експерименти, проведені щодо вимірювання турбулентних характеристик пограничного шару, виявили, що кривизна поверхні чинить істотний вплив на повздовжну и'1, поперечну ь'2 квадратичні пульсації швидкості і одноточкову кореляцію и'и'. Із збільшенням параметру кривизни <5* */Я№ інтенсивність турбулентних пульсацій різко зменьшується внаслідок консервативного впливу опуклої кривизни (Ш > 0). Також належить відмітити нелінійний вплив кривизни, що полягає в тому, що вже при малих значеннях параметру кривизни спостерігається різке зменьшення значень турбулентних характеристик з наступним відносно малим їх зміненням.

З використанням даних з кореляції було побудовано графіки турбулентных дотичних напружень. Кривизна поверхні виявляє менший вплив на г у порівнянні з впливом на и'ь', що зумовлено одночасним зниженням и'ь‘ і ти.

Кривизна поверхні чинить нелінійний вплив на довжину шляху перемішування (мал.З). Вплив опуклої кривизни є істотним лише для відстаней, де у/6 > 0,1- На основі узагальнення експериментальних даних в роботі отримано наступну залежність:

Тя = І /10 = {1 + 3,86ЫУ' (2)

Отримано дані по розподілу коефіцієнту кореляції в пограничному шарі. Кривизна практично не чинить впливу на цей розподіл у внутрішній області пограничного шару (у/б < 0,3)-

За результатом проведення експериментів з теплообміну отримано дані щодо змінення локального коефіцієнту тепловіддачі за довжиною опуклої поверхні. На основі узагальнення експериментальних даних отримано коригуючу функцію, що враховує вплив опуклої кривизни для інтегрального рівняння локального теплообміну ҐЛ = Яіо Ч*/) (мал.4):

ч'І =\і+і$5(д"/К-м3^'1 (3)

На заключному етапі експериментів вивчався спільний вплив кривизни та від'ємного градієнту тиску на осереднену турбулентну структуру пограничного шару і на локальний теплообмін.

, Від'ємний градієнт тиску чинить значний вплив на осреднену структуру струменю у порівнянні з опуклої кривизною поверхні. Заповнення профілю швидкості в пограничному шарі збільшується униз за течією, що наводить до зменшення значення формпараметра Я.

Від'ємний градієнт тиску так само, як і кривизна, наводить до зниження величини турбулентних пульсацій и’3, V’2 і одноточкової кореляції «V. Причому, вплив градієнту тиску в цьому процесі виявляється домінуючим.

Отримано розподіл дотичних напружень у наступному вигляді (мал.5): /

Г = То ЄХ1

ср[ф?(1-4)) .

(4)

На основі узагальнення експериментальних даних отримано додаткову функцію, що враховує вплив від'ємного повздовжнього градієнту тиску на довжину шляху перемішування поблизу опуклої поверхні, яка визначається у вигляді І = ху. (мал.6):

Від’ємний градієнт тиску викликає зменьшення інтенсивності тепловіддачі у порівнянні з безградієнтною течією. Узагальнення експериментальних даних звело до отримання відносної функції від'ємного градієнту тиску, що враховує його вплив на теплообмін (мал. 7):

Співвідношення, які отримано при обробці експериментальних даних, можуть бути використані в інтегральних методах обчислення гідродинамічних та теплових характеристик криволінійних турбулентних струменів, що посуваються в полях масових сил, або застосовані під час аналізу внутрішньої структури турбулентного пограничного шару, профілів швидкості та температури, а також в наукових дослідженнях теплообміну і гідродинаміки турбулентного потоку за допомогою числового моделювання цих процесів із застосуванням диференційних рівнянь руху та енергії.

Дисертація присвячена рішенню актуальної наукової і прикладної задачі вивчення теплообміну і гідродинаміки на опуклій поверхні з по-вздовжним від'ємним градієнтом тиску. На основі виконаного дослідження сформульовано і обгрунтовано нові наукові положення, що мають прикладне значення. Основні висновки дисертації містяться у такому:

1. У діапазоні мінливості вхідного числа Реі.нольдса Яеех від 0,45-105 до 1,2-105, відносної кривизни 8**/Іїа від 0,1-Ю'3 до 1,5-10'3 досліджено фізичну структуру та закономірності теплообміну біля опуклої поверхні в умовах безградієнтної течії. Отримано дані, що характеризують вплив опуклої кривизни на осреднені та турбулентні характеристики, локальний теплообмін.

(5)

(6)

ВИСНОВКИ

в

2. У діапазоні мінливості параметру градієнту тиску Л від 0 до -4,34 досліджено закономірності осередненого струменю, турбулентних характеристик і локального теплообміну.

3. Виявлено, що в даному діапазоні параметрів, котрі досліджують-

ся, при спільному впливі від’ємний повздовжній градієнт тиску чинить більший вплив на осереднену структуру струменю, ніж опукла кривизна поверхні. .

4. Отримано узагальнююче рівняння для довжини шляху перемішу-

вання, що враховує сумісний вплив опуклої кривизни і від’ємного повздовжнього градієнту тиску. ,

5. Отримано вираз для відносного коефіцієнту тепловіддачі на опуклій поверхні в умовах безградієнтного та градієнтного струменю.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ:

1. Халатов А. А.,Шевцов С. В.,Сысков Л. В.,Изгорева И. А. Теплообмен при ускоренном обтекании выпуклой поверхности турбулентным потоком// Пром. Теплотехника. - 1990.-12, №3.- С. 34 - 38.

2. Khalatov А.А., Shevtsov S.V., Syskov L.V., Izgoreya I.A. Heat Transfer in Accelerating Turbulent Flow Over a Convex Wall II Heat Transfer Research, Vol. 24, No.3,1992, p. 383 -389.

3. Шевцов С. В. Влияние кривизны и продольного градиента давления на характеристики турбулентного течения и теплообмена. - В кн.: Тезисы Межвузовской конференции-конкурса ученых и специалистов Казахского государственного университета. Ч. 1: Естественные нау-ки.Алма-Ата: Изд. КазГУ, 1990. - 39 с.

4. Шевцов С. В. Теплообмен и турбулентность на выпуклой стенке с

продольным градиентом давления - В кн.: Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок. Тез. докл. VIII Всес. Школы-семинара. В 2-х частях. Ч 1./ Под ред. и с преДисл. А. И. Леонтьева. - М.: Изд. МГТУ, 1991.-С. 16-17.- ■ ■■■ ; л.: ' ■ ■■ ' ■ •

5. Шевцов С. В. Исследование гидродинамики и теплообмена турбулентного потока в криволинейном канале,- В кн.: Актуальные вопросы , теплофизики и физической гидрогазодинамики. Тез. Докл. IV Всес. шко-

лы • семинара молодых ученых и специалистов,- Алушта: Изд. ИЭД, 1991.-41 с.

6. Khalatov А.А., Shevtsov S.V., Izgoreva IA Heat Transfer and Turbulent Fluid Flow Over the Convex Wall// Proceeding of the 2nd Baltic Heat Transfer Conference.- Jurmala, Latvia. Aug. 21-23, 1995. Advances in Engineering Heat Transfer, 1995, pp.688-692.

УМОВНІ ПОЗНАЧКИ

x, у - повздовжня і поперечна координати; h - висота вихідного сопла; / - довжина шляху перемішування; и, v - компоненти швидкості потоку, 3- товщина пограничного шару; <5**- товщина втрати імпульсу; Rw -радіус кривизни поверхні; Т - температура; v- кінематична в'язкість; Р -тиск; г - відносне дотичне напруженя; Ri=2u[Rj.du/dy)p - число. Річардсона; Reax - u„xh/v- число Рейнольдса; £ = y/S- відносна поперечна координата; Ч? - відносний коефіцієнт тепловіддачі; Л = S/TwdP/dx - параметр градієнту тиску; g - Л / Лдкр - відносний пара-'

метр фадієнту тиску; Л*кр - критичний параметр градієнту тиску, відповідний відриву струменя; Ф = Л - 28 / Rw - параметр сумісного

впливу кривизни та фадієнту тиску; А - \dP / dx\j}nuex{pu / ду)у^01 -параметр прискорення.

Індекси: о - течія на плоскій поверхні; w - параметри на стінці; оо- параметри на межі пограничного шару; вх - параметри на вході до дослідної ділянки; R - вплив кривизни; Л - вплив градієнту тиску.

Схема експериментальної установки

І 4 5 6 7 8 9 КМІ

1 - відцентровий вентилятор; 2 - регулююча заслонка; 3, 5 - сітки, що рівняють аеродинамічний профіль струменю; 4 - ресивер; 6 - сопло Вітошинського; 7 - ділянка стабілізації; 8,17 - мікроманометри; 9 - термометр; 10 - дослідна ділянка; 11 - опукла поверхня, яка досліджується; 12 - термоанемометр; 13 - координатний пристрій; 14 - зонд термоанемометру; 15 - рухома пластина; 16 - термоелектричні термометри; 18 -електричний ланцюг сіткового нагрівача. . ,

Мал. 1. -

Залежність показнику п в степеневому профілі від параметру кривизни 3**/Яа!

1 - розрахунок ІТТФ НАН України (Халатов, Авраменко, Шевчук); 2 - рівняння (1); 3,4,5 - результати експериментів, коли Еевх = 5,5-Ю4; 9,1-Ю4 та 11,6-Ю4 відповідно.

Мал. 2

Вплив опуклої кривизни на довжину шляху перемішування

1 - розрахунок ІТФ СВ АН СРСР (Кутателадзе, Волчков, Терехов); 3,4,5 -результати експериментів, коли 3**/КЮ = 0,85-10‘3; 1,43-10'3та 1,96-10‘3

відповідно. .

Мал. З

Вплив опуклої кривизни на теплообмін {йр/йх^О) у»—

ч

0,6 о 0,5 1,0 45 (в«/іи)І0‘

1 - розрахунок 1ТТФ НАН України (Халатов, Шевчук, Авраменко,); 2 - розрахунок ІТФ СВ АН ЄРСР (Дворніков); 3 - формула (3); 4,5,6 - результати експериментів, котНеах = 5,5-Ю4; 9,1-Ю4 та 11,6-Ю4 відповідно.

. . ' Мал. 4 . ■ : ; V

Розподіл дотичних напружень г

0,8

0,6

о,у

0А

о и са о,« о,б и/Г

1 - розрахунок за методою Кутателадзе-Леонт'ева для плоскої поверхні, коли Л = 0; 2 - розрахунок за методою ІТТФ НАН України (Халатов, Авраменко, Шевчук); 3...8 - експериментальні дані, коли Л - -1,79; -1,85; -3,11, -3,13; -4,00; -4,34 та 8**/Пш = 0,33; 0,21; 0,71; 0,52; 0,21; 0,19

ВІДПОВІДНО. ' . V ;

.... . ' Мал. 5. . , ■ . ' '

Вплив від’ємного повздовжнього градієнту тиску на довжину шляху перемішування на опуклій поверхні

ае ДМ 0,36 ОД ОД

0 12 3 ГЛ__ и Ц-Іщі

ІИ" (и.<Ха*2) и„иГ°

1 - розрахунок за методою КАІ (Ковальногов, Філін); 2 - рівняння (5); 3...8 - експериментальні дані, коли А = -1,79; -1,85; -3,11, -3,13; -4,00; -4,34 відповідно.

Мал. 6.

Відносний закон теплообміну в умовах дії градієнту тиску "Ух 0,6

0,6

0А

од

I - плоска поверхня (Леонт'єв, Фомічеа); 2 - розрахунок ІТТФ НАН України (Халатов, Шевчук, Авраменко,); 3 - рівняння (6); 4...6, 7...9 та 10,

II -Рвих/Рвх = 0,25] 0,15 та 0,10 відповідно.

, . . Мал. 7.

АНОТАЦІЯ

Шезцов С. В. Теплообмін і гідродинаміка на опуклій поверхні з від'ємним градієнтом тиску. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14. 05 "Теоретична теплотехніка". Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ, 1997.

Отримано експериментальні дані, що доповнюють та поширюють сучасні уявлення про фізичну структуру та закономірності осередненого струменю, турбулентного пограничного шару та локального теплообміну на опуклій поверхні в умовах безградієнтного та градієнтного струменю. На основі експериментальних досліджень та узагальнення дослідних даних отримано: рівняння подібності для локального теплообміну, що враховує вплив опуклої кривизни потоку та від'ємного градієнту тиску; рівняння для визначення довжини шляху перемішування та локальних характеристик осередненого струменю в пограничному шарі біля опуклої поверхні в умовах прискорення потоку. Запропоновано коригуючу функцію до моделі турбулентної в'язкості, яка враховує кривизну та прискорення потоку.

Ключоеі слова: теплообмін; гідродинаміка; опукла поверхня; від'ємний градієнт тиску, турбулентний пограничний шар, довжина шляху перемішування,'модель турбулентності.

АННОТАЦИЯ

Шевцов С.В. Теплообмен и гидродинамика на выпуклой поверхности с отрицательным градиентом давления,-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.05 "Теоретическая теплотехника”.Институт технической теплофизики НАН Украины, Киев, 1997. .

Получены экспериментальные данные, дополняющие и расширяющие современные представления о физической структуре и закономерностях осредненного течения, турбулентного пограничного слоя и локального теплообмена на выпуклой поверхности в условиях безгради-ентного и градиентного течений. На основе экспериментальных исследований' и обобщения опытных данных получены: уравнение подобия для локального теплообмена, учитывающее влияние выпуклой кривизны потока и отрицательного градиента давления; уравнение для определения длины- пути перемешивания и локальных характеристик осредненного течения в пограничном слое около выпуклой поверхности в условиях ускорения потока. Предложены корректирующие функции к модели турбулентной вязкости, учитывающие кривизну и ускорение потока.

Ключевые слова: теплообмен; гидродинамика; выпуклая поверхность; отрицательный градиент давления; турбулентный пограничный слой; длина пути перемешивания; модель турбулентности.

SUMMARY

Shevtsov S.V. Heat transfer and hydrodynamics over a convex surface with a favourable pressure gradient.- Manuscript.

Thesis for a Degree "Candidate of Technical Sciences". Speciality 05.14.05 "Theoretical Thermal Engineering".Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1997.

The experimental data which add to and extend modern ideas about the physical structure and the laws of the time-averaged flow, the turbulent boundary layer and the local heat transfer on the convex surface in conditions of flows with zero and non-zero longitudinal pressure gradient are obtained. The following equations are obtained on the basis of experimental research and generalization of test data: the similiraty equation for local heat transfer taking into account the effect of the convex flow curvature, and the favourable pressure gradient; the equation for the determination of the mixing length and the local parameters of the time - averaged flow in the boundary layer near the convex surface in conditions of the flow accelertion. The correction functions to the turbulent viscosity model taking into account the curvature and the flow acceleration are proposed. .

Key words: heat transfer; hydrodynamics; convex surface; favourable pressure gradient; turbulent boundary layer; mixing length; turbulence model.

ПГдпасвно'ао ярзх? Zl. oi.Me . Сормат 6O2SO/I6 Пап1р о^юетнаД. Сорма? вкдання 145x215 мм. . Умогн.-друх.аркуя 1,0 * М*-вид.арку2 ,

Тирах 100 . Замэвл. .

!ТэхХгр£?«.з1л£Я« Гкстатуту едехтр:>£2Н2м1ки Н/«Н Укря£ка 25268С, Кя1з-57, проспект Пгремзги.бб