Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Файлы
• Литература

Никитин П.В. 1 Хащенко А.А. 1 Стародубцева Г.П. 1

---

1 Ставропольский государственный аграрный университет

Статья в формате PDF

393 KB

1. Кутателадзе С.С., Леонтьев, А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. – М.: Энергия, 1972. – 342 с.

2. Волчков Э.П., Никитин П.В. Турбулентный пограничный слой с положительным градиентом давления на проницаемой поверхности в неизотермических условиях // Механика жидкости и газа. –1976. – № 4. – С. 43–49.

3. Никитин П.В., Хащенко А.А., Стародубцева Г.П. Термогазодинамические эффекты, влияющие на тепломассообмен на пористой поверхности. // Сб. трудов III Международной научно – практической конференции: Моделирование производственных процессов и развития информационных систем. – Ставрополь: Бюро Новостей. – 2012. – С. 204–207.

4. Никитин П.В., Хащенко А.А., Стародубцева Г.П. Влияние существенной неизотермичности на тепломассообмен в пристенной затопленной струе воздуха // Вестник АПК Ставрополья. – 2012. – № 4(8), – С. 65–68.

5. Никитин П.В., Хащенко А.А., Стародубцева Г.П. Турбулентный тепломассообмен в пристенной струе воздуха // Политематический сетевой электронный Научный журнал КубГАУ. – 2012. – № 83(09). – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/26.pdf.

Сложная конфигурация потоков газов, возникающая при обтекании поверхностей энергетических устройств, используемых для получения электроэнергии в системах АПК, требует определение влияния градиента давления на тепломассообмен в этих условиях. Опубликованные результаты исследований в области высоких температур малочисленны.

При рассмотрении теплообмена в представлении двухслойной модели турбулентного пограничного слоя на обтекаемой поверхности переменного сечения получается [1, 2] выражение для определения относительных коэффициентов тепломассообмена

(1)

в зависимости от числа Рейнольдса Re**, построенного по δ** – толщине потери импульса, параметров неизотермичности ψ = Tw/T0и градиента давления Зависимость критического значения параметра градиента давления от неизотермичности принято в виде

где в изотермических условиях fкр0 = –0,01.

Экспериментальное исследование теплообмена в коническом диффузоре проводились на аэродинамическом стенде с индукционным нагревом графитовых каналов, описание которого даётся в работах [2, 3, 4, 5]. Опытный участок представлял собой осесимметричный диффузор с углом раскрытия 8о, входным внутренним диаметром 24 мм, длинной 130 мм и толщиной стенки 8 мм. Графитовая стенка канала разогревалась до температур Tw = 1800 – 2000°K. В качестве основного потока использовался воздух с температурой T0 = 290°K . Массовая скорость на входе в канал составляла ρ01u01 = 103 – 161 кг/(м2∙с) Профилированный вход в канал со степенью сужения 25:1 обеспечивал равномерный профиль скоростей на входе в диффузор. Измерение скорости в ядре потока проводилось охлаждаемым комбинированным насадком Прандтля.

Методика проведения опытов аналогична изложенной в работах [2, 3, 4]. Для исключения возможного выгорания поверхности рабочего участка во время разогрева и по окончании опыта в канал подавался инертный газ. Продолжительность опытов изменялась от 45 с до 180 с. После опыта канал разрезался на секции по 10 мм. Толщина унесённого слоя, по которой рассчитывалась локальная интенсивность химической эрозии jc, измерялась на компараторе.

Экспериментальное значение диффузионного числа Стентона определялось по измеренным величинам интенсивности выгорания и локальным значениям скорости в ядре потока , где параметр проницаемости b1c = 0,173 характеризует интенсивность химической эрозии графита в потоке воздуха [1, 2].

Сначала были проведены опыты по исследованию неизотермичности на теплообмен в потоке с положительным градиентом давления. В этих условиях стенка диффузора выполнялась из плотного графита (ρc = 1860кг/м2). Число Рейнольдса, по параметрам на входе в диффузор, Re01 = (1,5 – 2,4)∙105. При этом параметр градиента давления соответствовал от f = –2,3∙10–4 до f = –1,3∙10–4 и при значении фактора неизотермичности ψ = 7,5 не превышал критического значения (fкр = –1,3∙10–4) для области отрыва пограничного слоя.

Тепломассообмен в диффузорах при однородном вдуве через стенку

На следующем этапе исследовалось влияние вдува азота на тепломассообмен при градиентном течении в таких же температурных условиях (ψ = 7,5). В этом случае диффузор выполнялся из пористого графита (пористостью 50 %). Опыты проводились при постоянной скорости воздушного потока на входе в диффузор (Re01 ≈ 1,9∙105 ). Через выгорающую пористую стенку в пограничный слой вдувался азот. Поток вдуваемого газа по длине поверхности можно считать постоянным jg = const, так как изменение статического давления по длине канала составляло порядка 0,01 атм, в то время как перепад давления по толщине стенки от 3 до 5 атм в зависимости от интенсивности вдува.

Величина относительного массового потока вдуваемого газа в опытах изменялась от 1,22∙10–3до 4,05∙10–3. С увеличением вдува вследствие роста толщины вытеснения градиент давления снижался (значение формпараметра уменьшалось до f = –2,4∙10–5).

Результаты опытов в форме зависимости относительного коэффициента Ψ = ΨbΨT = St/St0 тепломассообмена от параметра вдува газа b = j/(ρ0u0St0) приведены на рисунке (точки 1). Данные приведены для сравнительно узкого диапазона диффузионного числа Рейнольдса . При обработке опытов экспериментальные значения диффузионного числа Стентона относились к рассчитанным для обтекания безградиентным потоком непроницаемой поверхности в квазиизотермических условиях

(2)

Для сравнения на этом же рисунке приведены результаты опытов, полученные в начальном участке пористой трубы в условиях такой же неизотермичности (точки 2). Опытные данные сопоставляются также с расчётами по формуле (1), показанный сплошной линией 3, а также для условий обтекания при отсутствии продольного градиента давления (линия 4) [2]. Видно, что в области малых вдувов относительное число Стентона в диффузоре выше, чем в трубе. Это объясняется более слабым влиянием неизотермичности на тепломассообмен в потоке с положительным градиентом давления. Как было указано выше, с увеличением вдува градиент давления уменьшался, поэтому при интенсивных вдувах экспериментальные данные для течения в диффузоре и трубе практически совпадают.

Библиографическая ссылка