Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса постановка задач исследования 11
1.1. Гидродинамика и теплообмен около погнутых поверхностей 11
1.2. Тепло гидравлические параметры пристенных ТЄЧЄЕІИЙ в каналах с поперечными выступами 26
1.3. Цель и задачи исследования 39
ГЛАВА 2. Экспериментальная установка для исследования интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности и метода исследования теплоотдачи 41
2.2. Экспериментальная усгаиокка 44
2.3. Объект исследования 49
2.4. Измерительные приборы и устройства 53
2.5. Методика и программа проведения опытов 54
2.6. Методика обработки опытных данных (основные параметры) 56
2.7. Погрешность обработки опытных данных 60
2.8. Тестовые эксперименты 63
ГЛАВА 3. Гидродинамика течения за поперечными выступами около вогнутой поверхности 66
3.1. Визуализация... 61
3.2, Профили скорости за выступом 67
3.3. Профили степени турбулентности за выступом 71
3.4, Профили скорости и степени турбулентности при обтекании системы выступов 75
ГЛАВА 4. Теплообмен около вогнутой поверхности с поперечными выступами 79
4.1 - Особенности теплообмена около вогнугой поверхїіости с поперечными выступами 79
4,2. Рекомендации для расчета интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности и оценка температурного состояния стенки входной кромки турбинной лопатки авиационного ГТД 87
Основные выводы 92
Библиография
- Тепло гидравлические параметры пристенных ТЄЧЄЕІИЙ в каналах с поперечными выступами
- Измерительные приборы и устройства
- Профили скорости за выступом
- Рекомендации для расчета интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности и оценка температурного состояния стенки входной кромки турбинной лопатки авиационного ГТД
Введение к работе
В условиях мирового энергетического кризиса в настоящее время остро стоит проблема повышения эффективности тепловых машин и рационального использования топливно-энергетических ресурсов.
Известно [1], что при разработке перспективных энергетических установок сложных термодинамических циклов с утилизацией теплоты выхлопных газов тештообменные аппараты, ввиду неприемлемых габаритных размеров, часто являются сдерживающим фактором. Реализованные схемы теплообмена в теплообменных аппаратах традиционных конструкций характеризуются, как правило, низкими значениями энергетической эффективности, что отрицательно сказывается на технических характеристиках установки в целом, вплоть до полной потери выигрыша в КПД от установки теплообменника.
Повышение энергетической эффективности путем интенсификации теплообмена в каналах теплоо бменного оборудования способствуег снижению металлоемкости конструкции и повышает ее эксплуатационные характеристики [2,3,4]. Низкие затраты энергии на прокачку охладителя при использовании перспективных методов интенсификации теплообмена в каналах открывают широкие перспективы применения систем охлаждения деталей и узлов современных ГТУ с высокими параметрами рабочего цикла [5].
При взаимодействии теплообменной поверхности с омывающим ее потоком газа или жидкости основное сопротивление теплообмену оказывает образующийся пограничный слой, причем в той его части, где сформирован вязкий подслой (у^< 5), а также, на границе турбулентной области у+» 30 [2]. Из этого следует, что для интенсификации конвективного теплообмена на процессы переноса целесообразно воздействовать лишь вблизи
поверхности. Не случайно в обзорной статье [6] исследуется вопрос разрушения пограничного слоя для интенсификации теплообмена.
Искусственная турбулизация потока около поверхности приводит к возрастанию коэффициента теплоотдачи. А то обстоятельство, что основная масса потока остается при этом не затронутой турбули заторам и, не приводит к существенному росту гидравлического сопротивления. В этом случае можно говорить о паритете между приростом теплоотдачи и сопротивления или об опережающем росте теплоотдачи над гидравлическим сопротивлением, т.е. о высокой энергетической эффективности метода [7].
Среди многочисленных способов пристенной турбулизации потока особое место занимает дискретная макрошероховатость поверхности в форме поперечных выступов [8]. Выгодное отличие энергетических, гидравлических и технологических показателей этого способа воздействия на пограничный слой привели к его аісгивному изучению и внедрению. Так в работе [9] описан факт тридцати процентного снижения металлоемкости трубного пучка с накатанными выступами, по сравнению с гладкогрубным вариантом в экономайзере котлоагрегати энергоблока АЭС. Предварительные расчеты, проведенные в [10] позволяют ожидать 40-50% снижения поверхности теплообмена в противоточном рекуператоре ГТУ, снабженном трубными пучками с накатанными выступами.
Что касается криволинейных теплообменных поверхностей, то следует отметить их широкую распространенность в технических устройствах. Такие поверхности могут быть представлены как силовыми, так и теплопередающими элементами конструкций.
Течение потока газа или жидкости около вогнутых поверхностей даже с незначительной кривизной (6 /R<0,01) существенно отличается от прямолинейного. Активное воздействие центробежных массовых сил приводит в этом случае к более ранней потере устойчивости потока и переходу к турбулентному течению в пограничном слое. Наблюдаются,
также деформации профилей скорости, изменения в распределении турбулентности как в ядре потока, так и в пограничном слое. Изменения претерпевает и тепловой пограничный слой, что приводит к некоторому возрастанию теплоотдачи около поверхности [11].
Совместное действие кривизны поверхности и постановка поперечных выступов, как ожидается, может привести к дополнительному приросту конвективного теплообмена около поверхности.
Несмотря на то, что явления, сопровождающие течения около гладких вогнутых поверхностей достаточно подробно изучены, вопросы совместного воздействия на теплоотдачу кривизны вогнутой поверхности и установленных поперечных выступов остается неисследованным.
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию этого вопроса.
Отметим, что теоретическое исследование совместного воздействия вышеуказанных факторов ввиду сложности физического воздействия выступов на поток в поле центробежных массовых сил может привести к ошибочным результатам. Задачу о применимости метода суперпозиции отдельных воздействий для рассматриваемых условий теоретически также решить невозможно.
Поэтому для прояснения гидродинамической картины течения, установления физических закономерностей конвективного теплообмена у поверхности в этих условиях требуется проведение эксперимента.
Отметим, что данная работа имеет важное фундаментальное и практическое значение.
Цель работы состоит в разработке научно обоснованных рекомендаций по расчету коэффициентов теплоотдачи на вогнутой поверхности при интенсификации теплообмена поперечными выступами.
Задачи исследования состояли в следующем:
Исследовать структуру потока около вогнутой поверхности между двумя поперечными выступами.
Изучить распределение локальной теплоотдачи, а также среднюю теплоотдачу на вогнутой поверхности с поперечными выступами.
Разработать рекомендации по расчету теплоотдачи на вогнутой поверхности с поперечными выступами.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
Впервые исследована структура течения за одним и за двумя поперечными выступами на вопгутой поверхности.
Получены опытные данные по совместному воздействию на теплоотдачу продольной кривизны вогнутой поверхности и поперечных выступов.
Установлен диапазон значений параметра относительной кривизны поверхности, в котором целесообразно использование интенсификаторов теплообмена в виде поперечных выступов.
Разработаны рекомендации по расчету интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности.
Практическая ценность. Рекомендации, разработанные на основе
экспериментального исследования конвективного теплообмена
и гидродинамики за поперечными выступами на вогнутой поверхности, могут быть использованы для расчетного определения темпераіурного состояния вогнутых поверхностей газовоздушных трактов систем охлаждения газотурбинных двигателей и энергоустановок.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием общепринятых апробированных методов тешюфизическога эксперимента, использованием измерительной аппаратуры, отвечающей современным требованиям точности, удовлетворительным согласованием
тестовых опытов с данными других авторов, расчетом погрешности экспериментальных данных.
Личный вклад автора. Соискателем выполнены тестовые эксперименты, основная программа опытов и их обработка, проведены анализ и обобщение результатов экспериментов.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы
доложены и получили одобрение на XIII Всероссийской межвузовской
научно-технической конференции «Впутрикамерные процессы
в энергетических установках, акустика, диагностика, экология», г.Казань, КФВАУ им. Маршала М.Н.Чистякова, 2001г.; на Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г.Казань, 2002г.; на III Российской национальной конференции по теплообмену, г.Москва, МЭИ, 2002г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и библиографии. Работа изложена на 101 странице машинописного текста, содержит 39 рисунков, 2 таблицы. Библиография содержит 69 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. профессору А.В. Щукину за постоянную помощь и консультации при выполнении данной работы.
Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность Заведующему кафедрой Турбомашин Горюнову Л.В., а, также, сотрудникам кафедры, оказавшим помощь при выполнении настоящей работы: В.В. Аксиньину, С.Г. Дезидерьеву, Р.С. Агачеву.
Тепло гидравлические параметры пристенных ТЄЧЄЕІИЙ в каналах с поперечными выступами
Непосредственно на боковой поверхности центробежная сила исчезает из-за нулевой скорости, и на частички жидкости действие оказывает лишь градиент давления. Он заставляет двигаться жидкость вдоль боковой поверхности по направлению от вогнутой стенки канала к выпуклой. Вследствие соленоидальности поля скоростей линии тока около торцевой поверхности должны быть замкнуты линиями тока, направленными в противоположную сторону (от выпуклой стенки к вогнутой) на каком-то расстоянии от боковых поверхностей.
В результате образуется замкнутое течение в виде парного вихря. Предельное расстояние от боковой поверхности до точки, где существуют поперечные линии тока, характеризует собой размер парного вихря.
Высокая эффективность интенсификации теплообмена при помощи нанесенных на поверхность поперечных выступов привела к их активному изучению.
Как известно, течение за обратным уступом считается одним из классических примеров отрывного и присоединяющегося течения. Л поскольку гидродинамические процессы, происходящие за обратным уступом и за поперечным выступом близки, то на примере обратного уступа рассмотри:,: и проанализируем особенности, характерные для подобного рода течений.
Отрывная зона за обратным уступом состоит из трех областей (рис.1.11,а): I - трехмерная область (х = п), характеризующаяся наличием одного или нескольких вихрей с осями, перпендикулярными к боковым стенкам. Размеры этих вихрей не постоянны во времени. Их количество зависит от формы и размеров уступа; II - двумерная область
Схема вихревых зон при ступенчатом расширении плоского канала (направление вращения в углах по правилу правой руки ) [б] включающая практически двумерный вихрь; III - трехмерная нестационарная область, в которой существуют нестационарные вихри, преимущественно расположенные в зоне 0,8 х/т 1,25. Эта область лежит в пределах п х 1.
Поток массы из основного течения в зону отрыва поступает главным образом на границе области III, около точки присоединения Л. Соответствующий поток массы возвращается из зоны отрыва в основное течение через границу в области I. Таким образом, сдвиговый слой IV формируется от точки отрыва на выступе вдоль границы между отрывной зоной и основным течением до точки присоединения потока к стенке и далее - вдоль стенки [1,2,3].
В случае течения в канале с двусторонним расположением уступов со значительной высотой h/Ho 0,5 (рис.1.11,6) имеет место взаимное влияние отрывных зон друг на друга, проявляющееся в обратном вращении вихрей в нестационарных областях (рис. 1.11 ,в). При этом нарушается симметричная картина обтекания уступов, наблюдается изменение протяженности вышеописанных характерных областей за уступами. Далее рассмотрим механизм формирования вихревой структуры потока за обратным уступом. На границе раздела области I и основного потока, где формируется сдвиговый слой IV, происходит выброс потока из зоны отрыва в ядро. Поэтому здесь наблюдается максимальное значение градиента скорости dwt Іду. Здесь же производится основная выработка турбулентности: pwxwy По этой причине на границе области I, расположенной между задней кромкой уступа н поверхностью, к которой присоединяется поток, возникают наибольшие турбулентные пульсации vw /w0.
Как видно из рис. 1Л27 максимум турбулентности отчетливо проявляется на линии тока, идущей от верхней границы вихря, В то же время происходит расширение области сильных пульсаций продольной скорости вдоль линии тока. Вследствие этого происходит постепенное затухание возмущений с диссипацией их энергии в стороны от линии тока. Таким образом, в [39] делается вывод о фактическом формировании пограничного слоя не в точке присоединения А (рис. 1Л1), а от точки отрыва на выступе.
Вихревые зоны за выступом качественно аналогичны описанным для обратного уступа. На рис. 1.13 показана структура этих областей в зависимости от взаимного расположения выступов [8].
Относительные размеры всех областей вихревых зон оказались консервативными относительно числа Рейнольдса. В системе выступов за каждым из них наблюдается эффект обновления внутреннего пограничного слоя (область V на рис, 1Л1).
Универсальный профиль скорости во внешней части внутреннего пограничного слоя остается подобным профилю скорости на гладкой стенке. Во внутренней его части соблюдается закон, близкий к гладкой стенке, который быстро восстанавливается до стандартного закона ниже по потоку за участком x/h 6. В соответствии с этим за точкой присоединения справедлива двухслойная схема пограничного слоя, характерная для гладкой плоской стенки [2,4,6]. Течение за выступом диффузорное. Оно характеризуется линейным ростом давления и падения скорости в потоке [4,27,28].
Измерительные приборы и устройства
На внутренней и внешней поверхности пластины было установлено по девять термопар. На переднем и заднем торце пластины - по три термопары. Термонары были заглублены в поверхность пластины на 0,1 мм и позволяли получать распределение поверхностных температур по контуру пластины в продольном меридиональном сечении. Площадь поверхности, на которой регистрировалась температура, составляла для каждой измеряемой точки около 1мм По периметру поверхность теплообменной пластины теплоизолировалась от обтекающего потока накладками из стеклотекстолита толщиной 1 мм. Плотность теплового потока на исследуемой теплообменной поверхности рассчитывалась на основе поверхностного градиента температур- Этот градиент, в свою очередь, определялся числешю расчетом двумерного температурного поля на основе значений ЭДС от термопар. При этом считалось, что перетеканием теплоты по ширине теплообменной пластины можно пренебречь.
Термопары через три десятиточечных переключателя подсоединялись к потенциометру. Штепсельные разъемы в трассе были термостатированьк Холодные спаи термопар помещались в сосуд Дьюара с тающим льдом.
Тепловой поток создавался злеістронаїревателем (см. рис,2.3), установленным на выпуклой поверхности теплообменной пластины который обеспечивал условие q Const. Нагревательным элементом электронагревателя служила нихромовая проволока диаметром 0,5мм. Питание осуществлялось от сети переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.
В экспериментах замерялись: атмосферное давление, температура торможения во входном ресивере, распределение статических и полных давлений, скоростей и среднеквадратических пульсаций скорости в различных сечениях по длине канапа, а также ЭДС термопар по меридиональному периметру теплообменной пластины.
Температура воздуха во входном ресивере измерялась ртутным термометром, с ценой деления I градус.
ЭДС термопар на объекте исследования замерялись потенциометром ПП-63 класса точности 0,05.
Полное и статическое давления в установке замерялись с помощью трубки Пито-Прандтля. Отличительной особенностью таких устройсгв является их нечуствительность к углам скоса потока примерно до ±15 [62],
Перемещение приемника давления потока вдоль продольной плоскости симметрии канала производилось при помощи внешнего ходового винта, а по нормали к поверхности - с помощью ходового винта непосредственно координатника с погрешностью отсчета ±0,1 мм.
В качестве приборов для замера давлений использовались U-образные водяные манометры с погрешностью огсчета ±1 мм столба рабочей жидкости.
Барометрическое давление замерялось чашечным ртутным барометром с погрешностью отсчета ±100Па,
Для качественного анализа картины течения между поперечными выступами при наличии продольной кривизны поверхности была предусмотрена визуализация потока. С этой целью одна из боковых металлических стенок криволинейной секции заменялась на прозрачную, изготовленную из органического стекла. На вогнутой поверхности криволинейного канала между двумя поперечными выступами были приклеены шелковинки по средней линии, через каждые 5 мм. 2.5.
Методика и программа проведения опытов Принята следующая последовательность проведения опытов: 1, Эксперимент по исследованию гидродинамики. - запуск компрессора; - настройка требуемого программой экспериментов избыточного давления во входном ресивере; - выход на стационарный режим работы экспериментальной установки по расходу рабочего тела; - замер полей давлений Р"и Р в гладком криволинейном канале в различных сечениях по длине канала с помощью трубки Пито-Прандтля, смонтированной на координати ике. В пределах пограничного слоя шаг замеров составлял 0,5 мм; - измерение среднеквадратичных пульсаций скорости \\\\ и средней скорости wxcp в криволинейном канале в идентичных сечениях при помощи термоанемометра; - установка на оси вогнутой поверхности градуированной топкой пластины с наклееппымн шелковинками, установка выступов на вогнутую поверхность, выполнение технического рисунка и фотографирование по результатам визуализации течения между выступами; - переход на следующий режим. 2. Эксперимент но исследованию теплообмена. запуск компрессора; - настройка требуемого программой экспериментов избыточного давления во входном ресивере; - выход на стационарный режим работы экспериментальной установки но расходу рабочего тела; - включение потенциометра ПП-63; - включение электронагревателя для создания градиента тсмисраіурьі по толщине стенки исследуемого объекта;
Профили скорости за выступом
Для выявления характера течения за выступом при различных значениях относительной кривизны вогнутой поверхности в условиях невозмутценного обтекания, а также обтекания в системе выступов была проведена визуализация потока. Визуализация проводилась при помощи шелковых нитей длиной 10 мм, приклеенных через 5 мм друг от друга по средней линии вогнутой стенки опытного участка между выступами.
Как было показано выше, по данным [7,8,58,] и др., обтекание поперечных выступов, расположенных на плоской поверхности с шагом t/h-10, происходит с отрывом потока от поверхности выступов с последующим присоединением и возникновением рециркуляционной зоны.
В ходе опытов но визуализации, как и ожидалось, на всех режимах лечения были выявлены іри характерные области с различным характером поведения шелковинок (рис.3Л).
В первой области, непосредственно за выступом, подавляющее большинство шелковинок было прижато к поверхности и направлении, противоположном направлению основного потока. Здесь имело место крупномасштабное вихревое течение с наличием нескольких типов вихрей (рис. 3.2). Это - так называемая, зона обратных токов.
Вторая характерная область протяженностью около 5 мм располагалась ниже по потоку за зоной обратных токов. Шелковые нити двигались тим хаотично. Эту область можно идентифицировать как OHV присоединения потока.
В третьей области все шелковинки были прижаты к вогнутой поверхности но направлению потока. Это - область развития внутреннего пограничного слоя. Оказалось, что продольные размеры зоны обратных токов зависят от параметра кривизны fi /Rvv - Как видно из рис.3.3, с увеличением продольной кривизны поглуши поверхности протяженность ее уменьшается. При этом зависимость x/h = f{6 /Rw) близка к линейной. Уменьшение протяженности зоны обратных токов объясняется более поздним отрывом потока от поверхности выступа, что связано с увеличением степени турбулентности. Последнее происходит вследствие усиливающегося активного действия центробежных массовых сил около вогнутой поверхности Важно отмстить, что при минимальном достигнутом значении S /Rw , равном 1,4-10-3, когда эффекты кривизны исчезающе малы, размеры зоны обратных токов пракгически совпадают с имеющимися опытными данными для течений за обратным уступом на плоской поверхности, представленными в [8].
При постановке дополнительного предвключенного выступа №1 протяженность зоны обратных токов уменьшается примерно на 2 калибра (под калибром понимается расстояние, равное высоте выступа h) при идеи гачных режимных параметрах. Эго также объясняется более поздним отрывом от поверхности выступа потока, предварительно возмущенного нредвключенным выступом. Примерно линейная зависимость размеров зоны обратных токов от параметра кривизны 5 /Rw (рис. 3,3) при этом сохраняется.
Профили скорости за выступом
Анализом профилей скорости (рис.3.4) выявлено качественное изменение картины течения за выступом. Так, в области сдвигового слоя профиль скорости приобретал характерную S-образнуіо форму, который за точкой присоединения по мере приближения к последующему выступу постепенно вырождался.
Распределение относительной скорости за поперечним шсіупон призначеннях (йЧіиио3: -1,4; а 4,55 В ядре потока, вследствие возникновения продольного градиента давления и отіесиения потока выступом от стенки, закон постоянства циркуляции rwy-const уже не соблюдался. Отсутствовало также и характерное для гладких вогнутых поверхностей расслоение профилей скорости при различных значениях параметра S /Rw.
В зоне обратных токов скорость потока на всех режимах течения составляла не более 30% от скорости в ядре потока, что соответствовало ранее полученным результатам измерений авторов [8] для плоского течения за уступом. Отметим, что это обстоятельство, по их мнению, является причиной замедления процессов конвективного теплоперепоса в этой области За точкой присоединения наклон кривой профиля скорости, характерный для криволинейных течений, вновь начинал восстанавливаться, а в пристенной области образов і два лея пограничный слой. Последнее обстоятельство является важным для объяснения процессов теплолерсноса за выступами, так как согласно данным авторов [8] наибольший тешюперенос за выступом на плоской поверхности имеет место именно в области нарастания вторичного пограничного слоя.
Профили степени турбулентности за выступом Как и следовало ожидать, на профилях степени турбулентности Ти за поперечным выступом в области сдвигового слоя, вследствие возникновения в нем крупномасштабных вихревых структур, имеет место характерный максимум (рис. 3.5). Степень турбулентности здесь достигает значений 70%.
По мере удаления от выступа эти вихревые структуры приближаются к вогнутой поверхности. При этом, по мере приближения к следующему выступу, интенсивность турбулентных пульсаций у стенки на участке за точкой присоединения постепенно снижается до уровня 50%.
Рекомендации для расчета интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности и оценка температурного состояния стенки входной кромки турбинной лопатки авиационного ГТД
При постановке дополнительного предвключеиного выступа №1 (см, рис.2,3) имело место снижение размеров зоны обратых токов как в продольном направлении, так и по нормали к поверхности теилообмеппой пластины. В результате этого наблюдалась дополнительная интенсификация процессов конвективного тсплопереноса в этой области течения, но сравнению с первым случаем, моделирующим течение за одиночным выступом, П районе точки присоединения и за ней, в случае установки выступа №1, уровень локальной теплоотдачи оставался прежним (рис.4,1), так как сохранялась прежней гидродинамическая картина течения.
Известно, что для технических приложений более важными являются данные о средней теплоотдаче между выступами.
Зависимости осредненной по длине теплообменной пластины относительной теплоотдачи за выступом и за системой пыегупов or относительной кривизны вогнугой поверхности показаны на графиках рис.4.3. Из их анализа следует, с увеличением относительной кривизны вогаутой поверхности коэффициент теплоотдачи с поверхности между выступами снижается. Это обстоятельство подтверждает выдвинутое в главе 3 предположение о снижении интенсифицирующего эффекта от поперечных выступов при установке их на вогнутой поверхности со значительной относительной кривизной.
Действительно, при наименьшем исследованном значении 5 /Rw, равном 1,38 10, когда эффекты кривизны исчезатоще малы. интенсифицирующий эффект or выступов максимален, и хараісгеризусіся коэффициентом 1?25. В то же время при наибольшем достигнутом в опытах значении ft /Rw, равном 4,5- 10 э, этот эффект практически исчезает.
Факт снижения интенсифицирующего эффекта от установки поперечных выступов по мере увеличения относительной кривизны вогнутой поверхности объясним. По данным ЛА.Халатона и др., при увеличении относительной кривизны исходно гладкой поверхности значение Sluor/Sto увеличивается. В то же время, по результатам наших исследований, процесс генерации турбулентных пульсаций поперечными выступами консервативен к изменению продольной кривизны вогнутой поверхности. Поэтому турбулизирующие эффекты отрывных и присоединяющихся течений, образующихся при обтекании поверхности с поперечными выступами, "сосуществуют" с активным воздействием на пристенное течение центробежных массовых сил. Но поскольку факт аддитивности воздействий продольной кривизны поверхности и поперечных выступов на теплоотдачу отсутствует, то по мерс увеличения относительной кривизны вогнутой поверхности, вклад выступов и увеличение конвективного теплопереноса па вогнутой поверхности снижается.
О консервативности гидродинамических процессов в пристенном слое при воздействии выступов в условиях влияния продольной кривший вогнутой поверхности свидетельствуют численные значения относительной степени турбулентности потока (ТиЛ4) представленные в предыдущей главе.
Полученный массив точек, характеризующий интенсификацию конвективного теплообмена на вогнутой поверхности за поперечным выступом, в первом приближении может быть описан степенной зависимостью; SWSWrV U -03(& )0-5, (4.1)
где толщина потери импульса 5 рассчитывается по параметрам исходно гладкой вогнутой поверхности.
Установка дополнительного предвключенноі о выступа приводит к некоторому увеличению интенсифицирующего эффекта но конвективному теплопереносу в области малой относительной кривизны поверхности, по сравнению с первым случаем. Однако с ростом S /Rw расслоение опытных данных нивелируется, исчезает и дополнительный интенсифицирующий эффект.
Массив точек, характеризующий интенсификацию теплообмена при течении в системе выступов, приближенно описывается зависимостью: (SWSWW = l,8-0,5(5 /Rw)W . (4,2)
Здесь первое слагаемое характеризует прирост теплоотдачи на плоской поверхности между выступами, по сравнению с гладкой плоской поверхностью.
Отметим, что для плоских поверхностен с поперечными выступами Эдвардсом и Шсриффом был получен двукратный прирост средней теплоотдачи. Для сопоставлетшя полученных результатов исследований с этими данными приведем их к одинаковым условиям. С этой целью введем в соотношение (4.2) поправочный коэффициент, учитывающий вклад в интенсификацию теплообмена собственно выступов. Тогда, с учетом поверхности теплообмена выступов будец иметь: где кф - коэффициент, учитывающий увеличение теплоотдачи за счет поверхности выступа и ишенсификации теплообмена па нем; в нашем случае кф 1,1. Тогда экстраполяцией получим, чго при 5 /Rw 0 ишенсификация теплообмена поперечными выступами StEUCT/StBor будет характеризоваться коэффициентом 2, что практически совпадает с - данными Эдвардса и Шериффа.
Таким образом, ввиду того, что интенсифицирующие эффекты от продольной кривизны поверхности и от поперечных выступов не могут быть наложены друг па друга, можно однозначно утверждать, что чем больше кривизна погну гой поверхности, тем менее эффективны в качестве пристенных интспсификаторов теплообмена установленные на ней поперечные выступы.
Диапазон целесообразности применения в качестве пристенных иггтеисификаторов теплообмена поперечных полуцилиидрических выступов для вогиугых поверхностей определен в пределах ft /R%- 0,,,5-10 (рис.4.4).
4,2. Рекомендации для расчета интенсификации теплообмена поперечными выступами на вогнутой поверхности и оценка температурного состояния стенки входной кромки турбинной лопатки авиационного ГТД
При разработке рекомендаций для расчета коэффициентов теплоотдачи на вогнутой поверхности охлаждающего тракта, снабженного поперечными выступами, предполагалось, что с целью управления температурным состоянием стенки не на всей ее поверхности могут быть установлены выступы Поэтому сначала необходимо рассчитать теплообмен в гладком плоском канале. Далее вводится поправка на кривизну и производится учет влияния поперечных выступов.
