кнопка поиска  |   Ru  |  En

 Установлены закономерности поперечного обтекания плохообтекаемого тела пульсирующим потоком, выделены четыре типа характерных режимов течения и составлена их карта в пространстве параметров нестационарности потока

 На основе экспериментальных данных установлены закономерности процесса вихреобразования при поперечном обтекании кругового цилиндра пульсирующим потоком. В зависимости от частоты и амплитуды пульсаций скорости внешнего потока характер обтекания цилиндра разделен на четыре существенно отличающихся друг от друга режима: от квазистационарного до режима полной подстройки процесса вихреобразования под частоту наложенных пульсаций. Предложена карта режимов обтекания цилиндра в пространстве безразмерной частоты (числа Струхаля Sh) и относительной амплитуды пульсаций набегающего потока



 

Обнаружен эффект дополнительной интенсификации теплообмена в канале с искусственной дискретной шероховатостью при пульсациях потока

Обнаружен  эффект 1,5-кратного прироста теплообмена в канале с искусственной дискретной шероховатостью при пульсациях потока по сравнению со стационарным режимом при том же расходе теплоносителя. Эффект получен на основе экспериментального исследования структуры течения и теплоотдачи в дискретно шероховатом канале в условиях пульсаций потока при гармоническом законе изменения скорости теплоносителя u = U+Au sin(2p f t), где U – средняя скорость, Au – амплитуда пульсаций, f – частота пульсаций, t – время. Оценивалось влияние на теплоотдачу (число Нуссельта) четырех чисел подобия: числа Рейнольдса,  относительной амплитуды β =Au / U и относительной частоты (число Струхаля) пульсаций Sh = fXRст/U, относительного шага расположения поперечных выступов Δx/h.

Установлена высокая чувствительность отрывного течения к нестационарности течения, выявлено многообразие режимов обтекания выступов пульсирующим потоком. Составлена карта режимов в пространстве параметров нестационарности потока (рис.1). В широком диапазоне чисел подобия получены и обобщены экспериментальные данные о нестационарном эффекте дополнительной интенсификации теплообмена в дискретно шероховатом канале (рис.2).  Установлено, что Sh и β влияют на интенсификацию теплоотдачи совместно, в виде произведения этих чисел подобия.

Обнаруженный эффект открывает новые возможности повышения эффективности теплообменников и систем охлаждения.  



 

Описана динамика перехода к турбулентности в отрывном течении 

На основе комплексных экспериментальных исследований, включающих визуализацию течения, термоанемометрические измерения мгновенных локальных значений скорости и PIV-измерения мгновенных векторных полей скорости и завихренности потока получена и обобщена информация об эволюции кинематической и вихревой структуры течения в отрывной области за выступами в канале на различных этапах перехода к турбулентности. Выявлено влияние формы выступа на величину числа Рейнольдса, соответствующего потере устойчивости и переходу к турбулентности в канале. Конкретизирован механизм формирования упорядоченных крупномасштабных вихревых структур на поздней стадии ламинарно-турбулентного перехода в отрывных течениях. Показано, что процесс зарождения этих структур связан с конвективной неустойчивостью сдвигового слоя за точкой отрыва, а их дальнейшая динамика определяется глобальными свойствами устойчивости в масштабе всей отрывной области. Выявлены основные сценарии эволюции крупномасштабных вихревых структур в области присоединения потока и определены диапазоны изменения режимных параметров, в пределах которых реализуются эти сценарии в зависимости от формы выступа. Получены скорости конвекции вихревых структур и особенности поведения области начала их формирования на различных этапах перехода к турбулентности. Установлены особенности вихревой структуры потока за полуцилиндрическими выступами, позволяющие прогнозировать их высокую эффективность для интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменных устройств.



 

Выявлены закономерности теплообмена термоанемометрической нити 

Получены и обобщены экспериментальные данные по теплообмену тонкой нити в диапазоне чисел Рейнольдса от 0,01 до 10, характерном для термоанемометрии. Эксперименты выполнены с использованием отечественного цифрового термоанемометра ИРВИС-ТА5. Обоснованы подходы к выполнению термоанемометрических измерений с упрошенной градуировкой датчика или даже без нее. Выполнена широкая апробация подходов в гидродинамическом и теплофизическом эксперименте. Разработан и реализован метод моделирования характеристик термоанемометра постоянного сопротивления. На основе физического эксперимента и моделирования оценены и обобщены статические и динамические характеристики термоанемометра с чистой и загрязненной нитью. Выявлен эффект усиления амплитуды низкочастотных пульсаций термоанемометрическим датчиком с загрязненной нитью, установлен механизм этого явления.



 

Установлены закономерности ламинарно-турбулентного перехода в отрывных течениях

На основе полученных новых экспериментальных данных, включающих визуализацию течения, термоанемометрические измерения параметров потока и PIV-измерения мгновенных векторных полей скорости выявлены  закономерности ламинарно-турбулентного перехода  в отрывных течениях за препятствием и системой препятствий в канале. Охвачен диапазон чисел Рейнольдса от 160 до 4000. Установлено, что определяющее значение в инициировании ламинарно–турбулентного перехода в канале с поперечными выступами имеет высота выступа, а интегральный масштаб вихревых структур определяется размерами канала и слабо зависит от числа Рейнольдса. Установлено критическое число Рейнольдса Reh = 140, соответствующее началу развития неустойчивости течения в канале. Выполнено численное моделирование течений.  Полученные результаты открывают новые возможности по управлению процессами переноса теплоты и позволят повысить эффективность интенсификаторов теплоотдачи.



 

Обнаружен эффект многократной интенсификации теплообмена в ближнем следе за препятствием при отрыве пульсирующего потока

Обнаружен эффект интенсификации теплообмена при обтекании препятствия турбулентным пульсирующим потоком. Наиболее высокий темп прироста коэффициента теплоотдачи St соответствует диапазону частот пульсаций Sh=0,5–1,5 (Sh = fXR/U, f – частота пульсаций, U - средняя скорость потока). При больших частотах интенсивность теплообмена в отрывной области стабилизируется с тенденцией к снижению в области высоких Sh. Наибольшее относительное повышение St (в 3 – 5 раз) по отношению к значениям при стационарном потоке (Sh=0) достигается в ближней зоне за препятствием, а ниже точки присоединения потока (для стационарного течения XR/h=12) прирост теплообмена исчезает.  Физический механизм обнаруженного явления связан с формированием и срывом крупномасштабных вихрей в ближнем следе за препятствием. Использование эффекта открывает новые возможности по управлению процессами турбулентного переноса и позволит повысить эффективность интенсификаторов теплоотдачи  для турбулентных потоков в каналах.



 

Выявлено уменьшение размера турбулентной отрывной области за препятствием в условиях пульсирующего внешнего потока

Обнаружен эффект скачкообразного уменьшения размера турбулентной отрывной области за препятствием в условиях пульсирующего внешнего потока. Выявлена автомодельная зависимость положения точки присоединения потока XR от безразмерной частоты пульсаций Sh = fXR/U (f - частота, U - средняя скорость потока) при высокой (>0,3) относительной амплитуде пульсаций скорости. Эффект подтвержден независимыми измерениями распределения поверхностного трения и статического давления на стенке.