Введение к работе
Актуальность темы. При решении различных инженерных задач, в которых приходится иметь дело с обтеканием тел или движением жидкости и газа в проточных частях различных технических устройств, часто возникает необходимость оценки величины напряжения трения на стенке (поверхностного трения). Для многих случаев течения эту оценку можно выполнить теоретически. Однако теоретические модели еще не настолько совершенны, чтобы можно было надежно оценить трение в сложных турбулентных потоках, в частности, в отрывных течениях. В такой ситуации очевидна роль эксперимента как средства'прямого получения недостающей информации.
Напряжение трения на стенке представляет собой двухкомпонентную векторную величину. Измерение вектора поверхностного трения в отрывных течениях сопряжено с определенными трудностями. Основная трудность состоит в том, что в областях отрыва и присоединения турбулентного потока течение существенно нестационарно и трехмерно даже при дву-мерности основного потока. Для этих областей характерны значительные градиенты давлеїшя, высокий уровень турбулентных пульсаций параметров течения и быстрые изменения во времени величины и направления вектора скорости потока. Поверхностное трение как двумерный вектор также изменяется по величине и по угловому направлению в круговом диапазоне его значений. Поэтому при измерении вектора поверхностного трения необходимо учитывать эти изменения вектора.
Поверхностное трение является одной го наиболее информативных характеристик отрывных течений. Распределение трешм по обтекаемой поверхности несет важную информацию о структуре отрывного течения. Даже сами границы зоны отрыва на обтекаемой поверхности часто определяют как изолинию ігулевьгх значений поверхностного трения. Экспериментальные данные о поверхностном трении необходимы для более полного понимания явления турбулентного отрыва потока и, в конечном итоге, для уточнения и верификации математических моделей течения, создания инженерных методик расчета.
Цель работы:
разработать термоанемометрический датчик, пригодный для измерения мгновенного вектора поверхностного трения в круговом диапазоне направлений;
провести методические исследования работы датчика и оценить его метрологические характеристики;
провести измерение и анализ характеристик вектора поверхностного трения в отрывных течениях.
Научная новизна:
получены одномерные поля осредненных и пульсационных характеристик компонент и модуля вектора поверхностного трения в отрывном течении;
получены спектры пульсаций компонент вектора поверхностного трения в отрывной зоне и в окрестности точки присоединения.
Практическая ценность:
- разработаны и апробированы датчики, позволяющие измерять
обе компоненты мгновенного вектора поверхностного трения в круговом
диапазоне возможных направлений;
-получены данные по теплоотдаче нитяного термоанемометри-ческого чувствительного элемента, расположенного вблизи выступа;
на базе датчика трения разработан и апробирован комплекс для медико-биологических измерений;
результаты измерений поверхностного трения в турбулентном отрывном течении могут использоваться для верификации вычислительных методов, а также при постановке граничных условий в расчетных моделях сложных турбулентных течений.
На защиту выносятся:
термоанемометрические датчики для измерения мгновенного вектора поверхностного трения в отрывном течении;
результаты измерения характеристик поверхностного трения в турбулентных отрывных течениях.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-методической конференции КГТУ им.А.Н.Туполева (Казань, 1997), международной конференции по механике жидкости на конгрессе Японского общества инженеров-механиков (Токио, 1997), научно-технических конференциях КазНЦ РАН (1997, 1998), республиканских конференциях по энергетике (Казань, 1997, 1998), П и Ш Всероссийской конференции по методам и средствам измерений физических величин (Н.Новгород, 1997,1998), научно-техническом семинаре в КГТУ им.А.Н.Туполева (Казань, 1998), XVII съезде физиологов России (Ростов на Дону, 1998)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, в том числе в монографии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации - 99 стр., в том числе 51 рисунок, расположенный по тексту, и список литературы на 9 стр., включающий 117 наименований.