Характеристики турбулентного стационарного течения газа в канале Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 532

С. В. Юшко

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБУЛЕНТНОГО СТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В КАНАЛЕ

Ключевые слова: Турбулентное стационарное течение газа в трубе, верификация.

Проведено исследование пульсационных характеристик стационарного турбулентного потока с подводом тепла и без. Получены основные соотношения для моделирования квазистационарных состояний потока по числу Re и параметру щ. Определена величина случайной составляющей погрешности (фактор повторяемости) применительно к каждой из этих характеристик.

Keywords: Stationary turbulent gas flow in tube, verification.

The research of pulsation characteristics of stationary turbulent flow with heat supply and without it. Basic proportions of number Re and parameter yhave been obtained for modeling quasi-stationary state offlow. The value of random uncertainty (multiplicity factor) with respect to each of these parameters has been defined.

В данной работе исследования проводились в рамках цикла работ по изучению влияния тепловой и гидродинамической нестационарности на характеристики расхода газовых потоков для нужд промышленных предприятий Российской Федерации в целях повышения качества учета и оптимизации потребления энергоносителей. 0.10

0.08

0.06 -

0.04

0.02

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Рис. 1. Профиль степени турбулентности Ти для Йе=5104

Измерения проводились теомоанемометром постоянной температуры. На рис. 1 представлен профиль степени турбулентности, полученный для стационарного изотермического турбулентного потока в трубе в сравнении с данными Лауфера. Отличия полученных профилей от данных Лауфера можно объяснить некоторым отличием в числах Яе, при которых был проведен настоящий эксперимент и эксперимент Лауфера.

Если проинтегрировать профиль

осредненного квадрата пульсационной

составляющей скорости, отнесенной к квадрату пульсационной скорости на оси канала (1), можно получить количественную оценку данного профиля. Указанная величина получена по аналогии с интегральными характеристиками профиля осредненной составляющей скорости потока и может рассматриваться как количественная характеристика турбулентного пограничного слоя:

•И

И ю

d£

(1)

На рис.2 представлена зависимость данной величины от числа Re .

В соответствии с представленными данными

были получены следующие зависимости: —

— = 0.0898626- 4.37831 • 10-6 • Re** (2)

Я

**

-= 0.0670774 - 2.56769• 10-6 • Re" (3)

Я

Н = 1.34398 -1.73542 -10 5 • Re** (4) £ = 1.60927 -1.0557 -10-5 • Re** (5)

Рис. 2 - Интеграл профиля

от числа Re

И

К)

в зависимости

Коэффициент трения Cf находился по перепаду статического давления АР между двух сечений рабочего участка [1,4]:

*=гг^ <6) 2 •1 • р0 • ^0

где С - диаметр поперечного сечения рабочего

участка, I - расстояние между сечениями, р0 и -

плотность и скорость потока на оси канала соответственно, а также по профилю скорости методом Клаузера.

Подробное описание данного метода и особенностей его использования приведено в [2,5]. Коэффициент трения, полученный обеими методами, практически совпадали.

2.5

2.0

1.5

1.0

1000

На рис.3 представлена зависимость 0^ полученного методом перепада давления (6) от числа Re в сравнении с законом Кармана [3]:

Cf = i

' 2 2.5 • ln(Re**)+ 3.8

(7)

Cf

_ - закон Кармана

• - эксперимент автора

1-2%

Res*

1000 2000 3000 4000

Рис. 3 - Коэффициент трения Cf в сравнении с законом Кармана

удовлетворительное

Можно видеть согласование.

После того, как исследования стационарного турбулентного потока в трубе без подвода тепла

показали удовлетворительное согласование полученных интегральных и турбулентных характеристик турбулентного пограничного слоя с данными других авторов, была предпринята попытка анализа поведения этих же характеристик, но в условиях неизотермического турбулентного потока.

Литература

1. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И., «Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое», М.: Энергоатомиздат, 1985 - 320 с.

2. Себиси Т., Брэдшоу П., «Конвективный теплообмен», М.: Мир, 1987 - 592 с.

3. Шлихтинг Г., «Теория пограничного слоя», М.: Наука, 1974 - 711 с.

4. Камалиев Т.С., Елизаров Д.В. Елизаров В.В. Кинетика массопереноса в пограничном слое на внутренней поверхности капли в процессе жидкостной экстракции // Вестник Казан. Технол. Ун-та. - 2013. №12 - С. 182-187.

5. Фафурин А.В., Чигвинцева И.Р. Влияние давления и температуры на выход продуктов пиролиза // Вестник Казан. Технол. Ун-та. - 2013. №14 - С. 106-108.

0.005

0.003

© С. В. Юшко - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, [email protected].