автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Влияние турбулизации потока при малых числах Рейнгольдса на гидродинамику и теплообмен в каналах сложной формы

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б ОД

На правах рукописи

' П ЯНВ 1335

ЗУБКОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ТУРБУЛИЗАЦИИ ПОТОКА ПРИ МАЛЫХ ЧИСЛАХ РЕШЮЛЬДСА НА ГИДРОДИНАМИКУ И ТЕПЛООБМЕН В КАНАЛАХ СЛОЖНОЙ ФОЕШ .

05.14.05 - Теоретические основы теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ

. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1994

Работа выполнена на кафедре го университета.

Научные руководители:

физики Казанского технологическо-

докгор технических наук, профессор Шангареев К. Р.

кандидат технических наук, доцент Абрамов Ю. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Зиннатуллин Е X.

кандидат технических наук, доцент Олимпиев ЕВ.

Ведущая организация: АО "Татнефть"

Защита состоится "I? " ср-Жраль 1995"г. на'заседании специализированного совета Д 063.37.02 при Казанском Государственном Технологическом Университете по адресу: 420015,

г.-Казань, ул. К. Маркса, 68, корп. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Автореферат разослан " 12 " ¿¡н/аръ 1995 г.

Ученый секретарь /р

специализированного совета х-

д. т. н., проф. О ¿/ 2— М. Гумеров

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящэе время в условиях большого роста цен на энергоносители и материалы актуальной становится задача создания высокоэффективных, экономичных, компактных теплообменник аппаратов. Одним из самых распространенных способов интенсификации процессов теплообмена является дополнительная турбу-лизация потока.

Создание обладающее высокой точность*! методов расчета конвективного теплообмена и трения в усложненных условиях, " имеющих место в реальных теплотехнических условиях невозможно без детального изучения зависимости указанных процессов от всех гидродинамических и тепловых параметров, влияющих на их протекание.

Т. о. очевидна потребность детального изучения процессов переноса импульса и тепла в каналах сложной формы, для проектирования и создания высокоэффективного, экономичного теплообменного оборудования. Этой проблеме и посвящена предлагаемая диссертационная работа связаная с Госбюджетной НИР (раздел 1.9.1.4 Координационного плана АН СССР, N гос. регистрации 0184.0017295).

Цель р&боты. Цель настоящей работы заключается в следуадем:

1. Качественно исследовать структуру потока жидкости в каналах сложной формы, определить факторы, влияющие на процессы порождения и распространения гидродинамических возмущений в каналах;

2. Исследовать влияние на осредненные и статистические характеристики потока таких параметров, как степень турбулентности, числа Рейнольдса, кривизна поверхности обтекания, относительное расстояние от входа в канал, формы каналов и их относительных размеров;

3. Провести анализ формирования и эволюции вихревых структур в каналах сложной формы;

4. Установить наиболее оптимальный уровень интенсификации процессов теплообмена в зависимости от названных параметров;

5. Обобщить результаты экспериментов по исследованию локального и среднего теплообмена в каналах сложной формы при низких числах Рейнольдса.

Научная новизна. К наиболее существенным научным результатам можно отнести следующее:

1. Получены качественные и количественные картины течения жидкости в каналах сложной формы с искусственной турбулизацией потока (Ти-ЗХ-27Х) в диапазоне чисел Рейнольдса 500-2000;

2. Впервые получены зависимости таких характеристик, как

осредненный профиль скорости, среднеквадратичные пульсации продольных и поперечных составляющих скорости, коэффициентов асимметрии и эксцесса, плотностей вероятности продольных и поперечных пульсаций скорости, продольного масштаба турбулентности от степени турбулентности при низких числах Рейнольдса;

3. Проведен анализ механизма движения жидкости в каналах сложной форш;

4. Проведен анализ механизма возникновения эффекта интенсификации в каналах сложной формы;

5. Проведено экспериментальное исследование процессов локального и среднего теплообмена при течении жидкости в каналах;

8. Проведено исследование влияния геометрических размеров каналов на процессы теплообмена.

Практическая ценность работы. Использование эффекта искусственной турбулиэации потока позволяет до 2-х раз повысить эффективность охлаждающих систем промышленного оборудования.

Результаты работы использовались при проектировании компактных систем охлаждения твердотельных лазеров на ПО КОМЗ.

Апробации работы. Основные положения работы были должены на конференциях: Республиканская научно-техническая конференция "Повышение эффективности энергоснабжения промышленных предприятий", Казань, 1990; Юбилейная научная конференция Казанского филиала МЭИ, посвященная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1993. На отчетных научно-технических конференциях КГТУ (1988-1993 гг.)

Публикации. 1Ь теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка используемых источников. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и таблицу. Список использованных источников содержит 94 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается обзор работ, посвященных процессам гидродинамики и теплообмена ламинарных потоков с искусственной тур-булизацией и турбулентных потоков при обтекании плоской пластины, цилиндра, течении в трубах и каналах, а также характеристик» основных работ, посвященных интенсификации процессов теплообмена.

- Из анализа литературных источников сделаны следующий выводы:

1. Интенсификация процессов теплообмена путем искусственно* турбулиэации является весьма актуальной проблемой;

2. На данный момент практически отсутствуют данные по структуре течения искусственно турбулизированной жидкости при низки:

числах Рейнольдса в каналах сложной формы. Следовательно, необходимо проведение исследований в широком диапазоне изменений степеней турбулентности , чисел Рейнольдса, геометрических размеров каналов.

3. Процессы теплообмена в рассматриваемых условиях также не получили должного освещения. Поэтому возникает необходимость в выявлении взаимосвязей таких параметров, как коэффициенты теплоотдачи, структура потока и соотношение геометрических размеров каналов.

Во второй главе представлена экспериментальная установка для исследования процессов гидродинамики и теплообмена,• предложена методика проведения экспериментов, расчет ошибок. Объектом насто-яиэго исследования служили кольцевые каналы и каналы с двумя внутренними цилиндрами.

Для исследования гидродинамических характеристик потока использовалась стробоскопическая установка. В поток искусственно вводились частицы-метки диаметром 5-20 мкм, которые фотографировались при импульсном освещении фотокамерой с микрообьективом.

Статистическая погрешность продольных составляющих пульсаций скорости не превышала 9%, поперечных - 15%. Степень точности измерения коэффициента теплоотдачи составляла 11%.

В третьей главе представлены результаты исследований гидромеханических характеристик потока в каналах сложной формы. Качественный анализ структуры потока в диапазоне чисел Рейнольдса 500-2000 показал на существование в каналах гидромеханических возмущений, определяемых соотношением геометрических размеров каналов и скорости потока. Турбулизация потока осутщэствлялась за счет реализации группы факторов, имеющих место на входе в канал, к ним относятся: поперечное обтекание затопленной струей одного (двух) цилиндров, образование завихрений как за внутренними цилиндрами, так и у стенок канала, дробление струи и разворот потока. С увеличением расстояния от входа в канал происходит интенсивное гашение гидромеханических возмущений, определяемое также и числом Рейнольдса.

Анализ моментальных картин течения показал, что с увеличением расстояния от входа мелкомасштабные гидромеханические структуры исчезают, оставляя место крупным (по отношению к размерам канала) вихрям. Структура потока в канале становится практически однородной на расстоянии один калибр от входа.

На рис. 1 представлена зависимость гидравлического сопротивления от параметра 1/(Не*<3,) в сравнении с ламинарным потоком при внешнем обтекании плоской пластины, цилиндра. Заметно четкое

Ей

0. 4

0. 1

■ а * £ *

< * и

0. 01

0.1

1/(с1,*1?е)

Рис.1 Зависимость гидравлического сопротивления от параметра 1/(<3/г1?е)

§

- Р=0. 092

- Р=0.170

- Р=0. 276

Р=0. 378 — - ламинарный поток

и/и,

0.9

О. 7

10 20

а) 6)

Рис.2 Зависимость профиля скорости в обыкновенном (а) и логарифмиче( ком (6) представлении от степени турбулентности.

§- Ти=19. 5Х 9 - Ти=3. 7%

- Ти=16. ОХ --турбулентный поток.

- Ти=8. ОХ

(у^/и* 1.5 1

0.5

О 20 40 у+ О 20 40 у+

а) б)

Рис.3 Относительные среднеквадратичные значения продольной (а) и п< перечной (б) пульсации скорости поперек пограничного слоя (обоэнач< ния см. на рис.2).

- 7 - . _______________

расслоение-результатов-в зависимости "от параметра F (определяется как отношение суммы площадей поперечных сечений внутренних цилиндров к площади поперечного сечения проточной части канала, в настоящих экспериментах изменялся в пределах 0.092-0.378). То,., для канала с наибольшим значением параметра F=Q. 378 данные практически совпадают с ламинарным потоком.

Распределение продольной компоненты вектора скорости непосредственно зависит только от степени турбулентности в канале (рис. 2а). Так, при Ти<7% форма профиля скорости практически совпадает с профилем скорости, рассчитанным по закону U/U0=(y/ó)'". Увеличение степени турбулентности приводит к сушэственной заполненности профили-скорее,т#,.г,,особенно з,непосредственной близости от' обтекаемой поверхности., такие параметры, как число Рейнолъдса и степень кривизны обтекаемой поверхности R не оказывают заметного влияния на форму профиля скорости.

На рис. 26 показаны профили скорости в логарифмическом представлении. Под действием наложенной турбулентности происходит сильная деформация буферной зоны, определяемая степенью турбулентности.

Распределение среднеквадратичных пульсаций скорости поперек пограничного слоя в рассматриваемых каналах также определяется степенью турбулентности (рис. За). Координата у+, которой соответствует положение максимума относительной среднеквадратичной пульсации продольной составляющей скорости равно 20. Местоположение этого максимума постоянно и не зависит от изменения рассматриваемых параметров (Re,Tu,R).

Несколько иной характер имеет распределение среднеквадратичных значений поперечной составляющэй пульсации скорости поперек пограничного слоя. Как видно из рис.36 происходит монотонное увеличение значений до координаты у+=20, затем значения остаются практически неизменными по всей ширине пограничного сдоя.

Вид зависимости As=f(y+) для продольной пульсации скорости при у+<20 качественно близок к данным для турбулентного пограничного слоя (рис. 4а). Значения коэффициента асимметрии для поперечных пульсаций скорости существенно выше по сравнению с данными для турбулентных потоков. Число Рейнольдса и кривизна поверхности не оказывают заметного влияния на вид зависимости. Влияние стегани турбулентности проявляется при Ти>187..

Аналогичные результаты получены для распределения Ex=f(y+) (рис. 46). Следует отметить, что в распределении коэффициента эксцесса по ширине пограничного слоя имеется незначительный минимум при у+=20.

As 0.8 0. 4 О -0.4

О

- 8 -Ex 3 2 1

О 20 40 у+

б)

Рис.4 Распределение коэффициентов асимметрии (а) и эксцесса (б) поп рек пограничного слоя (обозначения см. на рис.2, о, О, О- для пр дольных составляющих,®,®.®,® - для поперечных составляющих).

ПУ ) f(V')

Tu=3.77. i Tu-6. ОХ

f(V') f(V')

0. 6 " il

d

0. 3 • //

1 У 1

У+-24

y+-8 и'/ U'

-4 0 4 -4 0 4 -4 0 4 -4 0 4'

Рис.5 Распределение плотностей вероятности продольных (--) и поперечнь

(—) пульсаций скорости (Re-10Û0).

L/S 0.4 0.2 О

- ~ + -

Pt9P+D7+__j

0.2 0.4 0.6 0.8 y/h Рис. 6 Распределение относительного масштаба турбулентности попере проточной части канала (Re-1000, Tu-6.0%).

_______________ - ----------9 -

Для 1?е=1000 при степенях турбулентности 3.7%, 6.01, 11.7%, 18.7Х были получены распределения плотностей вероятности продольных и поперечных пульсаций скорости (рис.5), и макромасштабов турбулентности Ь (рис.6) поперек пограничного слоя.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования процессов теплопередачи в каналах сложной формы в диапазоне чисел Рейнольдса 20-2000. Результаты исследования локальной теплоотдачи представлены на рис. 7. Как видно, при малых значениях параметра х/(ба*Ре) существует четкое расслоение результатов, определяемых параметром Р. Увеличение значения параметра х/(<1,*Ре) ведет к уменьшению расслоения результатов и при х/(с13 *Ре)>0.04 практически полностью исчезает. Результаты по исследованию средней теплоотдачи представлены на рис. 8 . Можно выделить две четкие зависимости. Первая область лежит в диапазоне чисел Рейнольдса 20-100'и "практически совпадает с данными для ламинарного потока. Следующая (Яе>100) - область возникновения гидромеханических возмущений, где существует четкое расслоение результатов в зависимости от параметра ?.

Т.о., можно сказать, что качественные и количественные исследования показывают на существование сильных гидромехаги-ческих возмущэний, обусловленных скоростью потока и соотношением геометрических размеров канала. Входная часть канала выступает как своеобразный турбулизатор потока. Турбулизация потока возникает за счет натекания затопленной струи на внутренний цилиндр (два цилиндра) и разворот его на 90 градуоа. Т.е. можно говорить об искусственной турбулизации ламинарного и "готовящегося" к переходному режиму (Ре=500-2000) потока. В результате этого в проточную часть канала выбрасывается целый набор разномасштабных вихрей.

Гидромеханические возмущения, порожденные на входе, распространяясь далее по каналу, затухают. На величину затухания влияю® степень стесненности канала Г, число Рейнольдса и относительное расстояние от входа в канал х/Е).

Профиль скорости, образующийся в пристенной зоне у внутренних цилиндров в канале близок к турбулентному. На величину их заполненности основное влияние оказывает существование крупномасштабных вихрей в потоке. С уменьшением степени турбулентности происходит гашение крупномасштабных структур у внешней и внутренней стенок, делая тем самым профили скорости менее заполненными, крупный вихрь распространяется только в средней части канала. Кривизна поверхности и число Рейнольдса не оказывают заметного влияния на форму профиля, что характерно для турбулентных пото-

к,

40

10 8

4 1

41 Щ

¡a 'flhsif

— JK _

0.01 0.1 х/(с1,*Ре)

Рис.8 Зависимость локальной теплоотдачи от параметра х/(<3 *Ре) (об начения см. на рис.1).

К

'32 24 16 8 О

•r llu с: 41

1 i i 1 1 o

ЛГ w i»

■. (w f г' w

oq T

10 40 100 400 1000 Re Рис.9 Зависимость средней теплоотдачи от числа Рейнольдса (обоаначе см. на рис. 1).

Ми/МЧл 4 2

___

US L

0.4

0.2

О 5 10 15 TU

Рис. 10 Зависимость интенсификации теплообмена от осредненных по се нию относительного масштаба турбулентности L/Ь (в), масштаба турбуле ности L (о) и степени турбулентности Tu (•) для Re=1000.

Nu/Nu,

Eu/Euл 1.4 1.2 1

О 500 1000 1500 Re

Рис. 11 Отношение интенсификации теплообмена к интенсификации гидрав, ческого сопротивления при различных числах Re (обозн. см. на рис. 1

ков.

Анализ данных в универсальных координатах показывает, что распределение осредненной скорости значительно отличается от ламинарного потока с искусственной турбулизацией и близко к универсальному распределению для турбулентных потоков (рис. 26).

По ширине пограничного слоя происходит немонотонное изменение амплитуды продольных пульсаций скорости (рис. За). Распределение по своей форме близко к данным для турбулентного потока. Увеличение степени турбулентности потока приводит к росту абсолютных значений среднеквадратичных пульсаций скорости, что характерно для псевдоламинарных потоков воздуха на пластине, однако превышая их по абсолютным значениям, а при степени турбулентности 18% и выше близки к данным для турбулентных потоков. С дальнейшим увеличением степни турбулентности распределение среднеквадратичных пульсаций продольной составляющей скорости по ширине пограничного слоя принимает монотонный характер, что совпадает с данными для псевдоламинарного потока на пластине.

Величина среднеквадратичных значений поперечных составляющих пульсаций скорости оказывается выше данных для псевдоламинарного слоя и начиная с Ти=12Х близко к данным для турбулентного пограничного слоя. Высокие значения среднеквадратичных значений поперечных составляющих пульсаций скорости объясняются проникновением крупномасштабных структур из середины потока к стенкам канала, а также сопоставимостью размеров канала и масштаба турбулентности. Увеличение масштаба турбулентности приводит к большей "зажатости" гидромеханических колебаний в канале, уменьшение масштаба турбу-лентости - к быстрому затуханию и рассеянию гидромеханических возмущений.

Данное положение подтверждается результатами исследования распределения коэффициентов асимметрии и эксцесса, плотностей вероятности продольных и поперечных пульсаций скорости и относительного масштаба турбулентности поперек пограничного слоя при различных степенях турбулентности. Как видно из рис.6 распределение и& имеет максимум при у+=20, т. е. наиболее крупный вихрь распространяется в этой области. Положение максимумов плотностей вероятности продольных Г(и') и поперечных Г(у') пульсаций скорости при Ти=3.77. практически совпадает со средней скоростью потока в этой зоне. Кроме того, распределение Г(и') практически симметрично (коэффициент асимметрии для продольных пульсаций скорости близок к нулю). С приближением к стенке внутреннего цилиндра увеличивается доля небольших отрицательных пульсаций. Наряду с этим существует небольшое число высокоскоростных положительных

пульсаций скорости, говорящее о проникновении ускоренных масс жидкости из пристенных областей. Сложение этих процессов делает распределение плотностей вероятности продольных пульсаций скорости более плосковершинной по сравнению с гауссовским распределением (Ех<3).

Аналогичная картина наблюдается и при степенях турбулентности 67. и 11. 77. (рис.5). Однако, при Ти=18.77. картина течения резко меняется. Наиболее вероятными становятся небольшие отрицательные пульсации скорости, существующие по всей ширине проточной части канала. Как показывают эксперименты, степени турбулентности более 187. реализуются только на расстоянии одного калибра от входа в канал, т. е. в области порождения вихревых структур. При распространении гидромеханических возмущений далее по каналу, т.е. с уменьшением степени турбулентности происходит неравномерное гашение разномасштабных структур как по длине канала, так и по его ширине.

Как известно, поперечные пульсации скорости определяют процессы теплоотдачи. Результаты экспериментов показывают на существование значительных поперечных перемещений масс жидкости в канале. Распределение среднеквадратичных значений поперечных составляющих пульсаций скорости существенно превышают данные для псевдоламинарного потока на плоской пластине и при высоких степенях турбулентности (187. и вьше) приближаются к данным для турбулентного потока.

Анализ результатов по распределению плотностей вероятности поперечных пульсаций скорости говорит о существенной перестройке структуры потока, определяемой степенью турбулентности. Если при степенях турбулентности 3.77. и 6. ОХ наиболее вероятными являлись пульсации скорости направленные к стенке, то увеличение гидромеханических возмущений (11.7% и выше) приводит к обратной картине. Повышение степени турбулентности, и вместе с тем и размер турбулентных вихрей, более полном заполнении ими канала, способствует "поджатости" потока и препятствует высоким поперечным перемещениям масс жидкости в канале.

Т. е. в рассматриваемых условиях можно выделить два типа движения жидкости в зависимости от степени возмущений в потоке. Так, при степенях турбулентности 6.0% и ниже в потоке, наряду с поперечными перемещениями масс жидкости, вызванными движением вихря, существуют и выбросы заторможенных масс жидкости от стенок, и проникновение к стенкам ускоренных масс жидкости. Увеличение степени турбулентности в стесненных каналах приводит к заметному снижению поперечных потоков жидкости. Определяющими становятся

поперечные перемещения масс жидкости в вихре------- ------- -----------------

- Анализ'результатов исследования локальной и осреднной теплоотдачи показал, что в диапазоне чисел Рейнольдса 20-100 коэффициенты теплоотдачи практически совпадают с данными для ламинарной теплоотдачи. С увеличением числа Рейнольдса от 100 и более начинает проявляться четкое расслоение результатов в зависимости от параметра стесненности F.

Как видно из рис. 7,8 определяющим фактором в расслоении данных является параметр F. Так, для каналов с наименьшим параметром F=0.092 коэффициент теплоотдачи превышает ламинарный в 2 раза, а с наибольшим параметром F=0. 378 - практически совпадает с данными для ламинарных потоков. Обработка экспериментальных данных по локальной по сечению теплоотдачи позволило получить следующие формулы.

-O.ITO -0.1% -0 2э О 1Í

Nu,=8. 91*{х/(<14*Ре)) *Pr *F *(Pr,,/Pi$ для ReclOO

-О.ЪО -о. -O.Í.S" e¿$

Nu,=0. 405*{x/(d}*Pe)) *Pr *F *(Prf/PrJ для Re>100

Осредненная теплоотдача в каналах сложной формы считается по формулам:

Nu=ll. 12*(l/(dä*Pe))'SWV *(Pr> /Рг/ " для Re<100

-060 -ОМ -OHS" 02$

Nu=1.01*(l/(d3*Pe)) *Pr *P M.Prf/PrJ для Re<100

На рис. 9 представлены данные по зависимости интенсификации локальной теплоотдачи от степени турбулентности и US. Как видно, наибольший прирост интенсификации лежит в диапазоне Ти=4-8Х. Если при увеличении степени турбулентности с 47. до 10Z прирост интенсификации составляет 25Z, то при дальнейшем росте степени турбулентности с 101 до 162. - всего 77.. Из графика следует, что прирост интенсификации процессов теплообмена связан с оптимальными размерами вихрей относительно размеров канала. Максимальная интенсификация наблюдается при значении LAS =0.3. Дальнейшее увеличение степени турбулентности ведет к укрупнению абсолютного размера вихрей, они начинают занимать практически все свободное расстояние в канале.

На рис. 10 представлена зависимость (Nu/Nu*) /(Eu/Eu,J=f(Re). Существует четкое расслоение результатов в зависимости от степени загроможденности канала. Увеличение числа Рейнольдса (а, следовательно и степени турбулентности) приводит к большей интенсифика-

ции гидравлического сопротивления, понижая тем самым общую эффективность, что совпадает с результатами исследований статистических характеристик потока.

К основным выводам по результатам настоящей настоящей диссертации можно отнести следующие:

1. Экспериментально обнаружено, что во входном объеме канала возникают сильные гидромеханические возмущения. Порождение возмущений происходит в результате натекания затопленной струи на преграду. Т. о. во входном объеме канала образуется набор разномасштабных вихревых структур. По длине канала происходит гашение вихревых структур, наиболее интенсивно - у обтекаемых поверхностей.

2. Установлено, что под действием наложенной турбулентности структура ламинарного потока приближается к турбулентной. Впервые получены зависимости таких характеристик, как профили скорости, среднеквадратичные пульсации скорости, коэфициенты асимметрии и эксцесса, плотностей вероятности, относительного масштаба турбулентности от различных степеней турбулентности (Ти»2-27Х) при малых числах Рейнольдса. Так, профили скорости становятся более заполненными. Распределение среднеквадратичных значений продольной составляющей скорости по форме близки к данным для турбулентного потока, а при высоких степенях турбулентности (более 18%) близки и по абсолютным значениям.

3. Обнаружена существенная консервативность гидромеханических характеристик в пристенной зоне. На структуру потока непосредственно у стенки не оказывают заметного влияния такие параметры как степень турбулентности, число Рейнольдса, кривизна поверхности обтекания.

4. Обнаружено два различных режима течения жидкости в рассматриваемых каналах. В диапазоне чисел Рейнольдса 20-100 интенсификация процессов теплообмена не наблхщается независимо от величины параметра стесненности. При увеличении числа Рейнольдса в потоке начинают появлятся случайные непериодические гидромеханические возмущения. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к увеличению числа и уровня возмущений в потоке. Наряду с этим увеличивается и интенсификация процессов теплообмена, определяемая параметром стесненности.

5. Показано, что степень интенсификации процессов теплообмена определяется соотношением геометрических размеров каналов (параметр Р), косвенно учитывающим степень турбулентности потока.

6. Экспериментально обнаружено, что искусственная турбулиза-ция потока в кольцевых каналах и каналах с двумя внутренними ци-

- 15 - ______________________ _________

линдрами при низких числах Рейнольдса является эффективным и достаточно экономичным средством интенсификации процессов теплообмена, позволяя увеличить коэффициенты теплоотдачи в 2 раза по сравнению с ламинарным потоком.

7. Проведено обобщэние экспериментальных данных по локальной и средней теплоотдаче в каналах сложной формы при степенях турбулентности 3-277. в диапазоне чисел Рейнольдса 20-2000.

8. Обнаружено, что максимум оптимальной интенсификации теплоотдачи лежит при значении Ь/5- 0.3. Дальнейшее увеличение степени турбулентности, а, следовательно, и масштаба вихревых структур ведет к уменьшению параметра 1/3. Наряду с этим при высоких степенях турбулентности (более 181) крупные вихревые структуры занимают практически все пространство от внутрених цилиндров до стенки канала, препятствуя тем самым интенсивным поперчным перемещениям жидкости в канале.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ и.У - продольные и поперечные компоненты осредненной скорости; [ТР /и? ¡V71 /и* - среднеквадратичные значения продольной и поперечной компоненты пульсации скорости; Ти«(и"1^ у'^/г^И - осредненная по сечению степень турбулентности; Г(и'), Г(у') - плотности вероятности продольной и поперечной пульсаций скорости; Аэ,Ех - коэффициенты асимметрии и эксцесса, I. - поперечный макромасштаб турбулентности продольных пул^сдций скорости; Еи=(др/у*и) - число Эйлера; К-Ии/ (Рг" *< Рг,/РгУ.

Основные результаты диссертационной работы изложены в публикациях:

1. Автоматизация термометрических экспериментов. Абрамов Ю. Н., Зубков А. В. , Цветков Е. А., Шангареев К Р. // Автоматизация научных исследований в теплофизике и энергетике. Новосибирск. ИТ СО АН СССР, 1989, с. 27-29.

2. Исследование теплоотдачи в каналах с внутренними источниками тепла на автоматизированном экспериментальном стенде. Абрамов Ю. Е , Зубков А. В. , Цветков Е. А. , Шангареев К. Р. //Тепло-и массообмен в химической технологии. Казань: 1989, с.53-63.

3. Гидродинамика и теплоодача в квазиламинарных потоках. Абрамов Ю. Н. , Зубков А. К , Шангареев К. Р. // Повышение эффективности энергоснабжения промышленных предприятий. Тезисы докл. Республиканской научно-технической конференции, Казань, 1990,„с. 55-57.

4. А. С. N 1747956, ЫКИ □ 01 К 17/20, Устройство для определения коэффициента теплоотдачи.

5. Пульсационные характеристики кваз и ламинарных потоков. Зубков А. Е, Абрамов JQ.Н., Шангареев К Р. // Тез. докл. Юбилейной научной конференции Казанского филиала МЭИ, посвященная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1994, с. 10.

6. Зубков А. Е Исследование квазиламинарных потоков с помощью стробоскопической установки. Тез. докл. Юбилейной научной конференции Казанского филиала МЭИ, посвященная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1994, о.И.

7. Статистические характеристики турбулизированных потоков. Зубков А. Е , Абрамов Е Е , Шангареев К Р. // Изв. вузов. Авиационная техника, 1994, N 2, с. ^4-27.

Соискатель

А. Е Зубков