Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных исследований газодинамического и теплового взаимодействия струй с поверхностью 11
1.1.Газодинамическое взаимодействие затопленных струй с поверхностями 12
1.2. Тепловое взаимодействие затопленных струй с поверхностью 27
1.3.Теплообмен струй с поверхностью при воздействии сносящего потока 35
2. Постановка задачи исследования тепловой защиты поверхности с помощью струйной системы охлаждения в условиях воздействия сносящего потока 60
2.1.Методика экспериментального исследования струйной системы охлаждения при воздействии сносящего потока 61
2.2. Экспериментальные модели для исследования струйной системы охлаждения в условиях воздействия сносящего потока 67
2.3.Экспериментальная установка 72
2.4.Доводочные эксперименты 78
3. Газодинамическое и тепловое взаимодействие струй с поверхностью при воздействии сносящего потока 84
3.1.Исследование газодинамического взаимодействия струи с поверхностью при воздействии сносящего потока. 84
3.2. Исследование закономерностей изменения адиабатной температуры поверхности при взаимодействии с ней струи в условиях воздействия сносящего потока . 94
3.3.Исследование закономерностей изменения коэффициента теплоотдачи при взаимодействии струи со стенкой в условиях воздействия сносящего потока. 111
3.4. Исследование закономерностей распределения локальных коэффициента теплоотдачи и температуры теплоизолированной поверхности при растекании по ней струи в условиях воздействия сносящего потока 126
3.4.1. Исследование закономерностей распределения локальной температуры теплоизолированной поверхности. 127
3.4.2. Исследование закономерностей распределения локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности растекания струи 134
3.5.Исследование теплообмена системы струй с поверхностью при воздействии сносящего потока 141
3.5.1. Исследование закономерности изменения температуры теплоизолированной поверхности 142
3.5.2. Исследование закономерности изменения коэффициента теплоотдачи. 145
Заключение 146
Список использованных источников 148
- Тепловое взаимодействие затопленных струй с поверхностью
- Экспериментальные модели для исследования струйной системы охлаждения в условиях воздействия сносящего потока
- Исследование закономерностей изменения адиабатной температуры поверхности при взаимодействии с ней струи в условиях воздействия сносящего потока
- Исследование закономерностей распределения локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности растекания струи
Введение к работе
Интенсивность отвода или подвода тепла к поверхности является фактором во многом определяющим эффективность и надежность машин и аппаратов современной техники. Одно из первых мест среди наиболее эффективных способов увеличения интенсивности теплообмена при обтекании тел занимает струйный обдув поверхности. Относительно небольшая затрата энергии на его осуществление, простота и гибкость управления этим процессом, возможность достижения высокой интенсификации теплоотдачи на отдельных участках поверхности - все это обеспечивает преимущества струйного натекания перед другими способами интенсификации теплообмена. Обдув поверхности струями и их системами используется в энергетическом и авиационно-космическом машиностроении, металлургии, химической технологии, системах кондиционирования и многих других областях техники.
В авиационно-космическом и энергетическом машиностроении струйный обдув широко применяется в системах воздушного охлаждения элементов ГТУ и ВРД, в первую очередь лопаток турбин. В осуществленных конструкциях струйный обдув часто используется в сочетании с другими способами охлаждения (например, продольное обтекание), обеспечивая возможность оптимизации температурного поля деталей. Это позволяет, например, снизить температуру лопатки более чем на 450 град по сравнению с температурой омывающего ее газа.
Развитие газотурбинных двигателей всех типов и назначений характеризуется в первую очередь повьппением температуры рабочего тела. В сочетании с ростом степени повышения давления в компрессоре, увеличение температуры газа на входе в турбину является основным направлением их совершенствования, повьппением их экономичности. По сравнению с известными способами охлаждения лопаток газовых турбин -открытая схема воздушного охлаждения элементов газовой турбины имеет ряд существенных преимуществ. Главное из них -сравнительная простота и эксплуатационная надежность. Это и сделало ее наиболее распространенной и пока единственно осуществленной схемой охлаждения газовых турбин.
Из применяющихся схем, конвективно-заградительное охлаждение обладает наибольшей интенсивностью охлаждения. Очевидно, что заградительному охлаждению предшествует конвективное, поэтому в таких лопатках роль конвективного охлаждения соизмерима с заградительным, а чаще даже превосходит его. Введение заградительного охлаждения увеличивает интенсивность охлаждения в конвективно охлаждаемых лопатках, особенно на участках, подверженных более сильному тепловому воздействию или наиболее трудно охлаждаемых изнутри. Этим и объясняется его относительно широкое распространение. Эффективность же конвективно-заградительного охлаж дения определяется эффективностью его слагаемых (т.е. внутренним конвективным и внешнем заградительным), равномерностью охлаждения отдельных участков и количеством затраченного на охлаждение воздуха. Поэтому в лопатках конвективно-заградительного охлаждения не только не снижаются требования к эффективности внутреннего конвективного охлаждения, но и продолжается дальнейшее его активное совершенствование. По сравнению с остальными схемами конвективного охлаждения лопатки с внутренним дефлектором имеют наибольшую интенсивность охлаждения и не только в значительной степени свободны от присущих этим схемам недостатков, но и обладают существенными преимуществами в части тепловых, газодинамических, прочностных и массовых характеристик, а также технологических особенностей. Эти преимущества, в частности, заключаются в том, что удается:
- максимально сблизить коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха и газа и обеспечить равномерную температуру лопатки
- осуществлять дифференцированное охлаждение участков
- в процессе доводки увеличивать местную глубину охлаждения
- увеличивать общую глубину охлаждения
- увеличивать поверхность теплообмена на внутренней стороне и вводить турбулиза-торы (ребра, перемычки)
-использовать дефлектор в качестве демпфера, препятствующего резонансным колебаниям. Первые три особенности реализуются при организации струйного натекания на внутреннюю поверхность лопатки (из отверстий дефлектора) в условиях воздействия сносящего потока (основного потока охлаждающего воздуха в поперечных каналах охлаждения). Все выше сказанное и предопределяет актуальность цели и задач настоящего исследования.
Целью настоящей работы являлось исследование тепловой защиты поверхности с помощью струйного охлаждения при воздействии сносящего потока и разработка инженерной методики расчета локальных тепловых потоков.
В задачи исследования для получения инженерной методики расчета справедливой в широком диапазоне изменения определяющих газодинамических, теплофизических и конструктивных параметров входило:
1. Установление закономерностей изменения газодинамических характеристик потока, таких как координата критической точки, градиент скорости в области критической точки, скорость на внешней границе пограничного слоя в зависимости от опреде-- ляющих параметров.
2. Получение данных необходимых для определения локальных значений температуры потока на внешней границе образующегося пограничного слоя по всей поверхности растекания струи.
Решение этой задачи целесообразно осуществить с помощью определения зависимости, характеризующей изменение температуры теплоизолированной поверхности от определяющих параметров.
3. Определение закономерности изменения локальных коэффициентов теплоотдачи, для чего необходимо осуществить измерения локальных тепловых потоков.
Разработка и создание экспериментального стенда и экспериментальных моделей с разрешающей способностью достаточной для определения локальных граничных условий теплообмена. В ходе решения этой общей проблемы были получены следующие научные результаты:
1. На основе изучения физического механизма взаимодействия струй с поверхностью при воздействии сносящего потока создана методика расчета параметров течения на внешней границе пограничного слоя. Это позволило, на основании полученных экспериментальных данных, создать систему критериальных уравнений для расчета локальных граничных условий теплообмена справедливую в широком диапазоне изменения газодинамических, теплофизических и конструктивных параметров струйной системы.
2. Выявлено наличие максимума в зависимости, характеризующей изменение градиента скорости в области критической точки от параметра вдува, для различных высот канала. Рассматривая распространение струи в сносящем потоке и ее последующее взаимодействие с поверхностью, предложена модель течения позволяющая объяснить как возникновение максимума, так и его смещение в область больших значений параметра вдува при увеличении высоты канала.
3. Обнаружено, что максимум значения температуры адиабатной (теплоизолированной) поверхности находится ниже по потоку по сравнению с положением критической точки, причем ниже тем значительнее, чем меньше высота канала и параметр вдува. Это также позволяет объяснить предложенная модель течения
4. Вскрыто, что дальнобойность пристенной струи (координата Xos) на линии растекания струи по поверхности, проходящей через критическую точку в направлении сносящего потока, в данных условиях практически не зависит от параметра спутности, а изменение безразмерных параметров по длине пристенной струи в зависимости от безразмерной координаты Xo.s автомодельно при изменении параметра вдува и высоты канала
5. Экспериментальные данные по определению коэффициента теплоотдачи в критической точке и на линии растекания струи по поверхности (см. выше), удовлетворительно обобщаются известными критериальными соотношениями Nuw = 0.763 Re 5Pr°4 и Nux = 0.0296-Re° -Pr 43 Т V. waa ) соответственно.
6. Получены зависимости для определения локальных значений температуры теплоизолированной поверхности и коэффициента теплоотдачи по всей поверхности растекания струи.
7. Предложен метод учета взаимного влияния двух друг за другом расположенных струй посредством введения понятия эффективного параметра вдува. Под W3 j, понимается такой параметр вдува, при котором первая или вторая струя отклонится на то же расстояние, что и одиночная.
Предложены методы и расчетные зависимости для определения значения координаты критической точки, градиента скорости в области критической точки, скорости потока на внешней границе пограничного слоя, температуры теплоизолированной поверхности и коэффициента теплоотдачи при тепловой защите поверхности при помощи струйной системы, справедливые в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров. Кроме того, на основании результатов исследования указан путь создания эффективных систем струйного охлаждения, т.е. выявлена возможность достижения приемлемой температуры охлаждаемой поверхности возможно меньшим количеством охлаждающего воздуха. Другая очень важная задача, которую бывает необходимо решить при охлаждении поверхностей при помощи струй - достижение равномерного температурного поля охлаждаемой поверхности. Это позволяет решить проблему, порожденную большими нестационарными термическими напряжениями из-за неравномерного поля температуры элементов горячей части тракта современного воздушно-реактивного двигателя или, так называемую, малоцикловую усталость. Что представляется возможным, располагая полученными в настоящей работе зависимостями для расчета локальных граничных условий теплообмена.
Материалы работы докладывались на 1 Всесоюзной и 4 международных научных конференциях, Комиссии по газовым турбинам АН СССР, изложены в 8 научных статьях.
Тепловое взаимодействие затопленных струй с поверхностью
Теплообмен в окрестности критической точки при натекании струи на преграду исследуется во многих экспериментальных и ряде теоретических работ [1, 2, 3 ,11,15, 16, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 и др.]. Отмечается влияние на теплообмен струйного потока с преградой таких параметров как безразмерное расстояние преграды от среза сопла, профиль скорости и турбулентность потока на его срезе и др. В ряде работ авторам не удается разделить влияние на теплообмен различных факторов, что существенно затрудняет анализ полученных данных.
В последнее время все больше внимания уделяется исследованию влияния на теплообмен параметров турбулентности внешнего потока. В частности, параметров турбулентности натекающей на преграду струи [1, 11, 31, 40, 41, 42 и др.]. При изменении турбулентности потока на срезе сопла теплообмен в критической точке изменяется сразу за счет профиля скорости по срезу сопла, длины начального участка струи и переносных свойств пограничного слоя при проникновения в него турбулентных пульсаций внешнего потока. Интересные данные по подбору турбулизирующих решеток приводятся в работе [2]. Авторам за счет подбора диаметров и расположения решеток удалось получить турбулизаторы, которые, увеличивая турбулентность потока, не изменили профиль скорости на срезе сопла. Интенсивность турбулентности изменялась от 3,5 до 21%% при изменении отношения максимальной скорости к средней в пределах 1,02,,,1,05, а до є=13% это отношение оставалось постоянным и равным 1,02. Без турбулизирующих решеток турбулентность по срезу сопла составляла 0,03,,,0,4%%. Другая серия турбулизирующих решеток, изменяя интенсивность турбулентности от є=11,5 до 28%%, и увеличивала неравномерность профиля скорости — - от 1,045 до 1,5. иФ Исследования турбулентности в различных сечениях струи проводились в работах [10, 14, 42, 43 44,45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52,]. Установлено, что пульсационная составляющая скорости увеличивается по мере удаления от среза сопла до h= 9. Небольшое увеличение отмечается уже в начальном участке струи, пульсационная составляющая скорости достигает максимума в области h= 9, а затем начинает уменьшаться. Интенсивность турбулентности на оси струи особенно заметно увеличивается в диапазоне h=6....14, где кончается начальный и формируется основной участок струи. При h 20 значение интенсивности турбулентности стабилизируется на уровне є=22...25%. Исследования турбулентности в поперечных сечениях струи показывают, что на на чальном участке турбулентность резко возрастает при переходе из ядра в пограничный слой струи, а затем уменьшается по мере приближения к внешней границе струи. Распределение - неав томодельно по сечениям начального участка струи. Стабилизация указанных профилей турбулентности наступает при h 20 [2,10,14,48,53].
Значительно меньше данных получено по распределению тангенциальной и радиальной составляющей турбулентных пульсаций. Данные работ [2, 53] показывают, что продольная пульсацион ная составляющая несколько превосходит Vv 2 ил/w 2 , которые примерно равны между собой. Закономерность изменения поперечной составляющей турбулентности вдоль оси струи аналогична изменению продольной составляющей. По данным работы [54] неравенство Vv 2 Vu 2 наблюдается и при h=100, а по результатам работы [55] турбулентность становится изотропной на расстоянии 50 калибров от среза сопла. В работе [2] указывается, что постановка турбулизаторов на срезе сопла способствует получению изотропной турбулентности при меньших значениях п. Увеличение начальной турбулентности приводит к возрастанию ширины струи [2, 52 , 56] при сохранении угла расширения, на том же расстоянии от сопла или, другими словами, уменьшению длины начального участка. Последнее обстоятельство дает основание авторам утверждать, что учет влияния начальной турбулентности на осредненные характеристики струи можно осуществить с помощью соответствующего полюсного расстояния. При малых h начальная турбулентность увеличивает градиент скорости в критической точке, что является, по-видимому, следствием уменьшения длины начального участка струи. Заметное влияние на градиент скорости оказывает неравномерность профиля скорости на срезе сопла. Так, при одинаковой начальной турбулентности є=11,5...15%, неравномерность профиля приводит к увеличению градиент скорости в сечении h=l в 1,5 раза. Результаты исследований влияния турбулентности на условия взаимодействия струи с преградой указывают на необходимость обязательного измерения градиента скорости в критической точке, так как без этого нельзя оценить влияние турбулентности на переносные свойства пограничного слоя.
Влияние турбулентности на теплообмен в критической точке исследовалось в работах [1, 2, 31, 47, 53, 53, 57, 58, 59]. При малой турбулентности потока относительный коэффициент теплоотдачи ос —— имеет два максимума. Отношение местного коэффициента теплоотдачи к коэффициенту тесе кР г-плоотдачи в критической точке достигает первого максимума при — — «0,5 djo (h= l,57;Re= 1,2-105), что объясняется повышенным значением градиента скорости в этом сече ний. Второй максимум находится в области - -=2. В работах отмечается также, что с ростом на dJ0 чальной турбулентности максимумы сглаживаются, а при большой турбулентности (є=17...28%%) исчезают, и максимум перемещается в критическую точку. Заметим, однако, что в опытах с є=17% и є=28 % профили скорости на срезе сопла были существенно неравномерные, что при прочих равных условиях соответствует как бы большим значениям h за счет уменьшения начального участка струи. При увеличении расстояния между соплом и преградой (h=3,5...4) распределение коэффициентов теплоотдачи приобретает одинаковый вид с максимумом в критической точке для всех исследованных значений турбулентности струи. Результаты исследований теплообмена в случае малой турбулентности струи (є=0,4%) удовлетворительно согласуются с критериальным уравнением для расчета теплообмена в критической точке и ламинарном пограничном слое [60].
Экспериментальные модели для исследования струйной системы охлаждения в условиях воздействия сносящего потока
Модель, для исследования газодинамических характеристик потока, должна обеспечить определение, как положения критической точки, так и величины градиента скорости в ее окрестности. Координата точки удара струи о поверхность во всем диапазоне изменения значений определяющих параметров находилась по положению максимума давления на стенке. В случае натека-ния затопленной струи на поверхность один из капилляров для отбора давления со стенки совмещался с положением максимума давления. Шаг между точками отбора статического давления необходимо было выбрать так, чтобы в градиентной области течения находилось не менее пяти отборов как вверх, так и вниз по направлению сносящего потока от точки удара. Для того чтобы ускорить проведение эксперимента и упростить выполнение экспериментальной программы, представлялось целесообразным установить на модели такое количество отборов статического давления, чтобы во всех диапазонах изменения параметров вдува и высоты канала точка удара струи попадала в зону препарирования с вышеупомянутой разрешающей способностью. Эксперимент по определению температуры теплоизолированной поверхности проводится при значениях Tf =280K,Tj =430...490К. Имея в виду принятую методику определения температуры теплоизолированной стенки и коэффициента теплоотдачи, не представлялось возможным проводить исследование с помощью одной экспериментальной модели, поскольку препарирование нагреваемой тонкой стенки потребным количеством отборов статического давления повлечет за собой значительное и трудно прогнозируемое изменение локального тепловыделения и перетоков тепла.. Это внесет недопустимую погрешность в определение локальных значений температуры теплоизолированной стенки и коэффициента теплоотдачи. Поэтому решено настоящее исследование проводить с использованием двух экспериментальных моделей. Одна из них препарирована капиллярами для отбора статического давления с поверхности, на второй - осуществлено препарирование теплоотдающей поверхности микротермопарами, приваренными с ее наружной стороны. Схема используемого экспериментального участка приводится на см. Рисунок 2.3. Экспериментальная модель состоит из двух концентрически расположенных труб. При исследовании газодинамического воздействия струйного потока на поверхность использована толстостенная труба из нержавеющей стали (6=5 мм), а для исследования тепловых характеристик тонкостенная (6=0,3 мм). Внутренний диаметр обеих наружных труб составляет 64 мм.
Между улиткой и экспериментальной моделью установлена проставка и хонейкомб для обеспечения стабилизации и выравнивания потока воздуха. Отвод воздуха осуществляется также через улитку и выхлопную систему экспериментального стенда. Для образования струйной системы использовалась внутренняя труба, которая выполнена сменной. Относительная высота канала h изменялась за счет изменения диаметра внутренней трубы, значение которого составляло 20, 36 и 44 мм. При этом относительная высота канала соответственно равнялась 1,67...3,67. Струйная система моделировалась при помощи профилированных по Витошинскому сопел диаметром 6 мм, вставляемых в специально выполненные отверстия внутренней трубы.
Для обеспечения необходимой разрешающей способности, в соответствии с намеченной методологией эксперимента, отборы статического давления в области расположения критической точки устанавливаются в стенке наружной трубы с шагом 0,75 мм. Необходимая длина участка препарирования составила 32 мм. Внутренний диаметр капилляров отбора статического давления составляет 0,5 мм. Выше и ниже по потоку от этой зоны капилляры располагаются с шагом 5 мм. Общая длина зоны препарирования составляет 150 мм. Капилляры вставлялись и затем впаивались в специальную латунную деталь (см. Рисунок 2.3), которая вставлялась и вклеивалась снаружи во внешнюю трубу, закреплялась мощными специальными толстостенными хомутами и обрабатывалась вместе с последней на токарном станке с целью получения газодинамически гладкой внутренней поверхности. Длина латунной вставки по внутренней поверхности наружной трубы составляла 240 мм. Для получения достоверных зависимостей pj(x) необходимо точно знать шаг расположения капилляров. Для этого с помощью измерительного микроскопа были проведены необходимые измерения. За точку отсчета, т.е. х = 0 мм, был взят первый капилляр. Таким образом, значение координаты х первого капилляра в зоне расположения капилляров с шагом —0,75 мм составило 33,15 мм. Необходимо пояснить, что величина давления, измеряемая на первом капилляре, выводится на нулевой канал измерительной системы, о которой пойдет речь ниже.
Исследование закономерностей изменения адиабатной температуры поверхности при взаимодействии с ней струи в условиях воздействия сносящего потока
Для исследования закономерностей изменения температуры теплоизолированной поверхности необходимо проводить эксперимент при различных температурах струйного и сносящего потоков. Результаты измерения приводятся на см. Рисунок 3.9...Рисунок 3.11 Эксперимент проводился при значениях Tf=280K,Tj =423...490К. На кривых распределения Tw (W,x) нанесено положение критической точки, полученное при исследованиях распределения давления на стенке. Прежде чем приступить к анализу результатов исследования заметим, что ри2 по данным работ [4,10,89] при вычислении скоростного напора —— по среднемассовым параметрам на срезе сопла положение траектории струи остается неизменным для значения отношения Т - - 2, а также при неравномерном профиле скорости на срезе сопла для значений тах 1,25. Из рассмотрения данных см. Рисунок 3.7 видно, что положение критической точки лежит выше по потоку, чем максимум зависимости Tw (х). Причем тем выше, чем меньше высота канала и параметр вдува. Попробуем объяснить это с использованием предлагаемой в данной работе модели течения в области растекания струи у поверхности при воздействии сносящего потока. По данным работ [4, 10] изменение температуры в поперечном сечении струйного пограничного слоя начального участка затопленной струи, в отличие от изменения скорости, носит линейный характер. Вследствие этого изменение температуры в поперечном сечении струйного пограничного слоя начального участка происходит резче по сравнению с изменением скорости. Поэтому смещение положения разделяющей линии тока, приходящей в критическую точку, к границе струи больше скажется на изменении температуры Tw в критической точке по сравнению с изменением давления. Кроме того, смещение разделяющей линии тока относительно оси струи приведет к тому, что находящийся на оси струи максимум температуры после разворота струи, по направлению сносящего потока, будет отстоять от стенки на некоторое расстояние.
Вызывает интерес сравнение закономерностей изменения величин APmax, 0W , 0W от параметра вдува и высоты канала. Сопоставление данных см. Рисунок 3.13 показывает, что падение температуры теплоизолированной поверхности в области критической точки при уменьшении параметра вдува сначала происходит резче, чем уменьшение давления.
К этому следует добавить, что различие длин теплового и динамического начальных участков при Рг 1, также является причиной более резкого изменения температуры теплоизолированной поверхности в критической точке по сравнению с изменением давления. В то же время обращает на себя внимание некоторое превышение значений безразмерной температуры над безразмерным давлением при дальнейшем уменьшении параметра вдува, увеличивающееся при увеличении высоты канала. По нашему мнению, если говорить о величине Tw , то при малых параметрах вдува линейный характер изменения температуры в поперечном сечении слоя смешения начального участка будет приводить к противоположным последствиям по сравнению с их высокими значениями и большими углами натекания струи на поверхность.
Как уже говорилось выше, для измерения профиля температуры на срезе сопла при наличии сносящего потока была изготовлена короткая наружная труба экспериментального участка, заканчивающаяся в сечении установки сопла и специальный координатник с антенной термопарой. С использованием этих средств была измерена температура на оси струи распространяющейся в сносящем потоке Тт на расстоянии от среза сопла h. Результаты проведенного измерения приводится на см. Рисунок 3.14. Там же нанесены результаты расчета температуры на оси струи распространяющейся в безграничном сносящем потоке на основании исследований работы [91].
Исследование закономерностей распределения локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности растекания струи
В данном разделе представлены результаты исследования относительных локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности при охлаждении ее струей распространяющейся в сносящем потоке. Используя распределения температуры теплоизолированной поверхности приведенные в разделе 3.4.1, были получены значения локальных коэффициентов теплоотдачи.
С практической точки зрения большой интерес представляет исследование теплообмена при взаимодействии с поверхностью системы струй при воздействии сносящего потока. Такие системы охлаждения находят широкое применение в различных областях техники. В качестве примеров можно указать охлаждение элементов горячей части тракта воздушно-реактивного двигателя, таких как лопатки и корпуса газовой турбины, элементов электронных приборов, металлургические процессы и др. В настоящей работе предпринята попытка на основании исследования процесса взаимодействия одиночной струи с поверхностью вскрыть основные особенности, которые вызваны взаимным влиянием соседних струй. В качестве объекта исследования была выбрана однорядная система друг за другом расположенных струй с величиной относительного шага расположения t = — =5,10,15,20. Как и в случае исследования одиночной струи задача была разделена на части. К первому этапу относилось исследование процесса газодинамического взаимодействия струй с поверхностью теплообмена при воздействии сносящего потока. На втором этапе исследовалась закономерность изменения локальных коэффициентов теплоотдачи. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной модели с размерами cL = 3 мм, h = 3,33.
При рассмотрении отклонения второй струи целесообразно иметь в виду две особенности течения имеющие противоположное влияние на величину X. Первая - это ослабление влияния сносящего потока, связанное с «затенением» близко расположенной предыдущей струей; вторая — усиление воздействия сносящего потока за счет дополнительного, аналогичного ему по действию, влияния далеко отстоящей предыдущей струи на последующую. На см. Рисунок 3.60 приводятся закономерность изменения отклонения критической точки в зависимости от параметра вдува X(W), определенная по максимуму значения Tw и а для второй струи. Такой подход представляется оправданным, поскольку для рассмотренных значений h, эти зависимости совершенно идентичны. На основании приведенных данных можно заключить, что при t =5 совместное влияние отмеченных особенностей приводит к уменьшению величины X по сравнению с отклонением одиночной струи, что говорит о более сильном влиянии «затенения». При t =10 ... 15, наступает равновесие этих влияний. При t =20 влияние предыдущей струи, аналогичное усилению воздействия сносящего потока становится превалирующим, что приводит к увеличению отклонения второй струи по сравнению с одиночной.
Анализ экспериментальных данных позволил предложить простой метод учета взаимного влияния двух друг за другом расположенных струй на значение температуры теплоизолированной стенки в области критической точки, по сравнению с реализуемым при взаимодействии одиночной струи с поверхностью в условиях воздействия сносящего потока. Располагая зависимостями X(W) и О ад для одиночной струи, а также зависимостями X(W) для системы струй, введем понятие эффективного параметра вдува W . Под W понимается такой параметр вдува при котором одиночная струя отклонится на ту же величину X, что первая или вторая. Для значения W можно определить величину 9WM по имеющейся зависимости для одиночной струи. На см.
1. На основе изучения физического механизма взаимодействия струй с поверхностью при воздействии сносящего потока создана методика расчета параметров течения на внешней границе пограничного слоя. Это позволило, на основании полученных экспериментальных данных, создать систему критериальных уравнений для расчета локальных граничных условий теплообмена справедливую в широком диапазоне изменения газодинамических, теплофизических и конструктивных параметров струйной системы.
2. Вьивлено наличие максимума в зависимости, характеризующей изменение градиента скорости в области критической точки от параметра вдува, для различных высот канала. Рассматривая распространение струи в сносящем потоке и ее последующее взаимодействие с поверхностью, предложена модель течения позволяющая объяснить как возникновение максимума, так и его смещение в область больших значений параметра вдува при увеличении высоты канала.
3. Обнаружено, что максимум значения температуры адиабатной (теплоизолированной) поверхности находится ниже по потоку по сравнению с положением критической точки, причем ниже тем значительнее, чем меньше высота канала и параметр вдува. Это также позволяет объяснить предложенная модель течения
