Лекция 3 . Обтекание поверхности с лунками(I)
На рис. 10 представлены данные по дальности полета мяча для игры в гольф (рис.1.10)в зависимости от глубины лунок на его поверхности. Мяч с оптимальной глубиной лунок пролетает при одинаковой силе удара в пять раз большее расстояние.
Рис. 10. Мяч для игры в гольф
Рис.11 Зависимость дальности полета L мяча для игры в гольф от глубины лунки hcна его поверхности
При обтекании облуненной поверхности выделены два режима обтекания лунки: безотрывное и отрывное. Полусферические лунки, имеющие относительную глубину h/d= 0,1–0,2, обтекаются практически безотрывно (где h ~ глубина, d - диаметр лунки) (рис.12). В лунке, подобно диффузорно-конфузорным каналам, могут существовать нестационарные микроотрывы. Они появляются, если при скруглении кромки лунки протяженность выпуклого участка скругления меньше глубины лунки h. При наличии острой кромки микроотрыв возможен, если угол между касательной к поверхности лунки в области кромки и исходно гладкой поверхностью превышает 0,1 рад. Нестационарные микроотрывы на передней кромке сферической лунки и продольные пристеночные микровихри могут привести к интенсификации теплообмена.
Обтекание полусферических лунок с относительной глубиной h/d >1...0,2 происходит в условиях отрыва потока.
|
|
Рис. 12. Картина течения в полусферической лунке а) (h/d£ 0,2): 1 – микроотрыв на передней кромке лунки; 2 – продольные вихри б) (h/d ³ 0,2)
В лунке может возникнуть самоорганизующееся смерчеобразное вихревое течение. Вихревые структуры перемещаются в поперечном направлении из одного дискретно-стационарного положения в другое и обратно. Оси вихревых структур наклонены по отношению к направлению внешнего набегающего потока.
Область присоединения вихрей расположена на расстоянии примерно (0,5–2,5) dот центра лунки вниз по потоку. При этом области присоединения вихревых структур не соответствуют зонам с максимальной теплоотдачей за лункой.
С увеличением глубины и плотности расположения выемок, а также стесненности канала коэффициент гидравлического сопротивления возрастает. На рис. 13 представлены данные по влиянию относительной плотности расположения лунок на относительный коэффициент гидравлического сопротивления.
Рис. 13. Влияние плотности расположения лунок на относительный коэффициент гидравлического сопротивления: 1 – h/d = 0,5; H/d = 0,2–0,7; 2 – h/d = 0,5; H/d = 0,l; 3 – h/d = 0,1; H/d = 0,1
Скругление кромок приводит к снижению гидравлического сопротивления каналов с полусферическими лунками. Радиус скругления кромок рекомендуется выбирать из условия r/Н > 3.
В работе Г.И Кикнадзе с соав. получена эмпирическая зависимость гидравлического сопротивления от относительной глубины лунок и плотности их расположения на поверхности, найденная при обработке данных для различных вариантов плоского щелевого канала с лунками, имеющими острые кромки (h/d= 0…0,5):
x/xгл = 1 + 6,5fsin[3,14(h/d)]. (11)
На рис. 14 представлены данные известных исследовании по влиянию параметров облунения поверхности на интенсификацию теплоотдачи .
Рис. 14.: а – влияние относительной глубины лунок, f = 0,35: 1 – H/d = 0,17; 2 – 0,33; 3 – 0,66; б – влияние относительной высоты канала, f = 0,35: А – h/d = 0,07; В – 0,13; С – 0,28; 1 – h/H = 0,13; 2 – 0,2; 3 – 0,33; 4 – 0,8; в – влияние плотности расположения лунок, h/d = 0,13: 1 – H/d = 0,17; 2 – 0,33; 3 – 0,66; 4 – 1,0
На рис.1.15 заштрихованной областью показаны результаты известных исследований теплообмена и гидравлического сопротивления в каналах с полусферическими лунками.
Рис. 15. Эффективность интенсификации теплообмена полусферическими лунками по данным различных исследований
Приведенные данные получены в кольцевых коаксиальных и плоских каналах с относительной глубиной лунок – h/d = 0,07...0,5; относительной высотой канала H/d = 0,1...1; плотностью расположения лунок f = 0,16...0,6; при размещении лунок с острыми или скругленными кромками в шахматном и коридорном порядке.Несмотря на разброс опытных данных, выполняется соотношение
Nu /Nuгл =x/xгл . ( 12)
Лишь в области больших значений Nu/Nuгл и x/xгл можно отметить опережающий рост теплоотдачи по сравнению с увеличением гидравлического сопротивления. Этот результат относится лишь к стесненным каналам с относительно глубокими лунками. Причем наиболее эффективный вариант – с односторонним расположением лунок и скругленными кромками, а наименее эффективный – с двухсторонним расположением лунок и острыми кромками.
Ниже сопоставлены два способа интенсификации теплообмена: с помощью полусферических лунок и поперечных кольцевых выступов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
