Исследование эпюры профиля распределения температурного пограничного слоя при PR ≠ 1 Текст научной статьи по специальности «Физика»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Сопротивление, выполненное в виде тонкого перфорированного листа, тонких полос, круглых стержней или проволочной сетки (сита), называется плоской, или тонкостенной решеткой. Перечисленные различные виды рабочих элементов аппаратов, насыпные слои и другие подобные виды сопротивлений будут называться объемными решетками.

Плоские решетки обладают особенностью, заключающейся не только в том, что степень выравнивания потока в сечениях на конечном расстоянии за ними отличается от степени растекания по фронту, но и в том, что при достижении определенных значений коэффициента сопротивления эти решетки усиливают неравномерность потока за ними.

Одна плоская решетка при использовании ее в качестве распределительного устройства не всегда достаточно эффективна, поэтому возникает необходимость в других способах выравнивании потока. Одним из способов является последовательная установка системы плоских решеток, каждая из которых имеет меньший коэффициент сопротивления, чем необходимый коэффициент сопротивления при одной решетки.

Также в качестве сопротивлений для выравнивания потока можно использовать пространственные решетки в виде трубных пучков, состоящих из от-

дельных поперечных рядов труб, стержней и др., по характеру растекания струи поперек этих рядов подобны системе плоских решеток. Это растекание происходит также постепенно от одного поперечного ряда к другому, а следовательно, искривление линий тока в этом случае будет значительно ослаблено. В результате на конечных расстояниях за такими решетками не только не произойдет «перевертывание» профиля скорости, но и при достаточно общем сопротивлении пучка будет достигнуто, как и за системой плоских решеток, наиболее равномерное распределение скоростей.

В результате сравнительных испытаний систем с решетками и без них при равенстве диаметров сечений каналов увеличение технологических показателей при выравнивании структуры потока сопротивлениями достигает 18-20 %, а у некоторых аппаратов такая конструкция обеспечивает увеличение эффективности и производительности до 50 % [1].

Библиографическая ссылка

1. Идельчик И. Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов : моногр. М. : Машиностроение, 1983.

© Колтунова Е. В., Краев М. В., 2011

УДК 553.6.002.5

Е. В. Колтунова, С. В. Ковалев Научный руководитель - А. А. Зуев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭПЮРЫ ПРОФИЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПРИ Рг ф 1

Исследован профиль распределения температурного пограничного слоя при Рг < 1, проинтегрировано уравнение энергии границах толщины температурного пространственного пограничного слоя. В результате определена толщина потери энергии температурного пространственного пограничного слоя и выражение для определения локального коэффициента теплоотдачи в виде критерия Стантоуна для случая Рг < 1.

Для случая течения несжимаемой жидкости достаточно совместного решения уравнений движения и энергии в граничных условиях III 1С. для сжимаемой жидкости необходимо дополнение системы уравнением состояния [1].

При Рг < 1 толщины динамического и температурного пограничных слоев различны, динамический пограничный слой утоплен в тепловом, т. е. 5** > 8 .

8**

Учтем, что Рг = . Распределение температурного

ППС функцией

5

т -1.=1 -и-У. Т

Т - т

1 я 1 п

х5 I

где х - коэффициент подобия температурного и динамического ППС.

Проведя преобразования уравнения энергии в границах толщины температурного ППС получили инте-

гральное соотношение уравнения энергии, позволяющее вести интегрировании в граничных условиях полостей вращения:

д_

НТдф

,5**л J д ( -ч 1 Н

(5*Ф) +—д-(85*Ф )+-77Т,--^Т

Н -д-\ ' Нф Н- дф J дНф

5м +

НфН- д-

-е8*ф =

( / \т+1 /■ \2т+1 ^

т - (2т +1) 11--I + (т +1) И--I

рСи 5*

(т + 1)(2т +1)

4,0 +в2)

РСР (Т5- Т0)

Определим толщину потери энергии температурного ППС:

Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»

8 (

=|

х8

1-Ха) * =

= х8

т - (2т +1)| 1-+ (т +1) И - -

х) ^ х

(т + 1)(2т +1)

х8

т - (2т +1)| 1 - -х

+ (т +1)| 1 —

х

(т + 1)(2т +1)

т

Бг =1

( /1 \т+1 / 1 \2т+1^

т-(2т + 1) 11 —) + (т + 1)(1—

2(т + 1)(2т + 1)

Яег

Для вращения по закону «твердого тела»:

Бг = 1

( / л чт+1 /■ л \2т+1 Л,

т - (2т+1) И--) + (т +1)(1 —1-(т+1)(2т+1)

ЗЕ

Яе„

2да

Бг = '

( í л \т+1 / л \ 2т+1

т - (2т +1) 11--I + (т +1) 11--)

(т + 1)(2т + 1)Яеш

J е

Определим коэффициент подобия температурного и динамического III 1С. для этого необходимо решить уравнение:

**

рг = 4- =

8*

т8

(т + 1)(2т +1)

При решение уравнения можно определить х.

Уравнение энергии температурного III 1С. в которое входит тепловой поток и диссипация энергии трения. проинтегрировано в граничных условиях полостей вращения и в результате чего было получено выражение критерия Стантона. которое представляет из себя безразмерный коэффициент теплоотдачи.

Для прямолинейного равномерного потока:

Тем самым, имея необходимые параметры и зная критерий Бг найдем коэффициент теплоотдачи:

а = рСриБг

Покажем графическую зависимость распределения температурного и динамического ППС для Рг Ф 1 для значения коэффициента подобия х = 2. для случаев 8Т > 8 . 8Т < 8 для турбулентного при т = 7.

-|-1-1-1-1-1-1-|-1-1-1-1-I-!-|-1-1-1-1

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Распределение температурного и динамического слоев: _ ~ - распределение температурного ПСС при 8Т < 8 .

Т - Т 1 10

Т - Т

1 Я 1 м

= 1 -|1

х8

- динамическое распределение ППС. й = 1 - (1 - у )т; - распределение температурного ППС при 8Т > 8 .

Т -То = !-|1 -^

Т - Т

1 Я 1П

Для вращения жидкости по закону «свободного вихря»:

Библиографическая ссылка

1. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1969.

© Колтунова Е. В.. Ковалев С. В.. Зуев А. А.. 2011