Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 11
1.1. Теплоотдача при воздействии тепловой не стационарности 11
1.2. Теплоотдача при воздействии гидродинамической не стационарности 33
1.3. Выводы 39
1.4. Постановка задач исследования 40
ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТУР
БУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА С ТЕПЛООБМЕНОМ В ЦИЛИН ДРИЧЕСКИХ КАНАЛАХ 42
2.1. Начальные и граничные условия. Основные уравнения 42
2.2. Законы трения и теплоотдачи, профили скорости и температур, интегральные характеристики в нестационарных УСЛОВИЯХ 49
2.3. Алгоритм и результаты расчета 60
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТОВ 73
3.1. Описание опытного стенда 73
3.2. Опытный участок 77
3.3. Измерительно-регистрирующая аппаратура 78
3.4. Проведение экспериментальных исследований 81
3:4.1. Предварительные, отладочные и тарировочные эксперименты 81
3.4.2. Методика проведения основного эксперимента 83
3.5. Методика обработки экспериментальной информации 84
3.5.1. Определение основных Физических параметров 84
3.5.2. Методика определения плотности тепловых потоков 90
3.6. Оценка точности результатов эксперимента 95
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИИ НА НЕСТА ЦИОНАРНУЮ ТЕПЛООТДАЧУ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ТОЛСТО СТЕННОМ КАНАЛЕ 96
4.1. Характеристика эксперимента - Нестационарная теплоотдача в условиях наброса тепловой нагрузки
Нестационарная теплоотдача в условиях сброса тепловой нагрузки
С участок Ш 114
Влияние начальных условий на нестационарную теплоотдачу в условиях наброса тепловой на
грузки dToVdt 0, dT„/dt 0 С участок ПО 123
Влияние начальных условий на нестационарную теплоотдачу в условиях сброса тепловой на
грузки dToVdt 0, dTw/dt О С участок IV) 129
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 136
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 138 ПРИЛОЖЕНИЯ 1
Введение к работе
Актуальность работы.
Нестационарные процессы тепломассообмена имеют широкое распространение во многий областях современной техники. Очень часто такие процессы наблюдаются в трактах энергетических установок, в проточных частях двигателей, в аппаратах химической технологии. Работа этих устройств и аппаратов протекает в сложных термогазодинамических условиях, обусловленных наличием таких возмущакщих Факторов, как неизотермичность, тепловая нестационарность и др. Встречающиеся Формы нестационарности весьма многообразны. Особый интерес представляют процессы, в которых на пограничный слой одновременно воздействуют несколько факторов, нередко взаимосвязанных. Неучет указанных возмущающих Факторов в ряде случаев приводит к существенным ошибкам при разработке и совершенствовании технических устройств, выборе режимов их оптимальной работы. Указанные обстоятельства определяют актуальность проведения систематических исследований влияния данных Факторов на гидродинамические и тепломассообменные процессы и создания на этой основе Физически обоснованных методов расчета теплообмена в условиях внутренней задачи.
В настоящее время существует два подхода к решению задач такого типа. В первом полученные экспериментальные результаты обобщаются в виде эмпирических поправок. Второй подход объединяет работы, в которых воздействие возмущающих Факторов исследуются на основе интегральных параметрических методов, а для замыкания системы уравнений используются аппроксимирующие функции для профилей касательных напряжений и температур в поперечных сечениях пограничного слоя. И в том и в другом случае необходимы экспериментальные исследования, сложность которых заключается в необходимости измерения большого числа параметров, изменяющихся с высокой скоростью во времени и пространстве.
Проведя анализ публикаций, можно сделать вывод, что в настоящее время нет единого подхода к обобщению экспериментальной информации, а разнообразие используемых критериев не позволяет сопоставить результаты различных авторов. Поэтому становится очевидным, что несмотря на большое количество работ, посвященных проблеме нестационарного тепломассообмена, эта задача еще далека от своего окончательного решения.
1. Провести анализ тепло лагсаобменного процесса течения в начальном участке цилиндрического канала опираясь на параметрический метод исследования теории пограничного слоя.
2. Провести аналитическое и экспериментальное исследование влияния неизотермичности, гидродинамической и тепловой нестационарности на коэффициенты теплоотдачи. Выявить степень влияния граничных и начальных условий на нестационарный теплообмен.
3. Разработать и создать автоматизированный экспериментальный стенд с необходимыми средствами диагностики и программного обеспечения комплексного исследования нестационарных неизотермических течений газа.
4. На основании комплексных аналитических и экспериментальных исследований нестационарной гидромеханики и теплоотдачи сформулировать основные положения теории расчета коэффициентов теплоотдачи в условиях изменения во времени граничных и начальных условий.
5. Сопоставить результаты экспериментов и данных, полученных при аналитическом анализе. Определить адекватность исследуемой математической модели во всем диапазоне проведенных экспериментов. На основе выполненного исследования разработать инженерный метод расчета нестационарной теплоотдачи в данных условиях.
Метппн инрлелпваний.
Лля достижения поставленных целей используется:
-аналитические методы решения задач теплопроводности С па - 8 раметрический метод);
-экспериментальный стенд с плазменнодуговым подогревателем:
-современная вычислительная техника.
Аналитически исследовано влияние тепловой и, порожденной ею, гидродинамической нестационарности на законы трения и теплоотдачи, а также на структуру пограничного слоя в условиях значительной неизотермичности. На основе численного решения системы уравнений неразрывности, движения и энергии определена эволюция параметров, характеризующих процесс теплообмена в осе симметричных каналах при различных законах изменения температуры основного потока во времени.
Разработана и создана опытная установка, позволяющая исследовать нестационарные турбулентные потоки в широком диапазоне изменения основных параметров и возмущающих Факторов.
Проведены экспериментальные исследования теплообмена в условиях существенной неизотермичности, тепловой и гидродинамической нестационарности при турбулентном течении в толстостенном цилиндрическом канале с изменением температуры теплоносителя.
Необходимые для практического решения сопряженной задачи тепловые потоки определены градиентным методом. В сложных термогазодинамических условиях исследована пространственно-временная эволюция локальных коэффициентов теплоотдачи.
Представленных результатов обеспечивается применением современных методов расчета, сравнением расчетных значений с литературными и экспериментальными данными.
Практичргкяя результатов заключается в том, что полученные в диссертации законы теплоотдачи могут быть использованы:
-при проектировании новых и усовершенствовании старым энергетических установок и технологических аппаратов, имущих в своем составе проточные осе симметричные каналы;
-при оптимизации режима работы существующих энергетических установок и технологических аппаратов.
На базе экспериментальной установки могут проводиться научно-исследовательские работы по изучению процессов теплопередачи при наличии нескольких возмущающих Факторов.
АВТОР защищает
Результаты теоретического и экспериментального исследования нестационарного теплообмена в осе симметричных каналах в условиях существенной неизотермичности при различным законах изменения граничных условий.
Математическую модель, описывающую гидродинамическую и тепловую картину турбулентного течения в данных условиях.
Автоматизированную экспериментальную установку, позволяющую реализовать и исследовать сложные термогазодинамические условия течения газов в закрытых каналах.
Градиентный метод, примененный для определения локальных тепловых потоков в условиях существенной нестационарности и неизотермичности.
Алгоритмы автоматических измерений и обработки результатов.
Основные результаты работы получены автором лично под руководством проф. ГильФанова К. X.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях и семинарам:
IV научно-практической конференции молодым ученых и специалистов РТ, Казань, 2001:
V аспирантско- магистерском семинаре КГЭУ, Казань, 2001:
VI аспирантско-магистерском семинаре КГЭУ, казань, 2002:
Международной научно - практической конференции "Наука и
новые технологии в энергетике", Павлодар, 2002:
Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В. Е. Алемасова, Казань, 2002:
VII аспирантско-магистерском семинаре КГЭУ, Казань, 2003:
XV Всероссийской межвузовской научно-технической конференции "Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках", Казань, 2003.
Публикации .
По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем тссрптати.
Диссертация изложена на 162 страницах и состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка литературы из 196 наименований, приложения. Иллюстрированный материал содержит 50 рисунков и 4 таблицы.
