Влияние геометрии турбулизирующих пористых вставок на фактор аналогии Рейнольдса

Обобщены результаты экспериментальных и численных исследований интенсификации теплообмена и увеличения сопротивления на поверхности с выступами. Выявлены основные геометрические параметры выступа, влияющие на теплогидравлические характеристики. Доработан экспериментальный стенд для реализации измерения средних профилей скорости, температуры и пульсации их различных поверхностей. Оценены неопределенности измерения средней скорости и температуры (4 и 3,6% соответственно) и среднеквадратичной величины продольных пульсаций скорости и температуры (8 и 7% соответственно), а также определения относительных коэффициентов трения и теплоотдачи (15,2 и 12,6% соответственно) при данной постановке экспериментальных исследований. Проведены: экспериментальные исследования влияния геометрии сплошного, щелевого, перфорированного выступов на средние, пульсационные, динамические и тепловые характеристики турбулентного пограничного слоя; верификация моделей турбулентности и моделей для турбулентных тепловых потоков, реализованных в пакете ANSYS FLUENT с включением UDF, для расчета плоского отрывного турбулентного течения и теплообмена около прямоугольного выступа на пластине. Показаны предпочтения использования нелинейной вихревой модели LRN-LCL и дифференциальной модели LRN-GL при определении характеристик потока в непосредственной близости к стенке, а также в тех случаях, когда следует учитывать анизотропию турбулентности. Продемонстрировано, что простая модель с нулевым уравнением не может дать точный прогноз для поля температуры в отрывной зоне; более точного прогноза для поля температуры и распределения коэффициента теплоотдачи можно добиться при использовании сложных моделей (двухпараметрические диссипативные модели и явные алгебраические модели, а также дифференциальная модель). Установлено, что за выступом с конфузорной щелью рециркуляционная зона отсутствует, а за выступом со щелью постоянного сечения и диффузорной щелью она существенно меньше, чем за сплошным выступом. Выявлено влияние формы и размера щели на структуру отрывного течения и теплообмен за выступом. Обнаружено, что выступ с конфузорной щелью значительно улучшает интенсивность теплоотдачи непосредственно за выступом и имеет максимальный параметр теплогидравлической эффективности - на 15% выше по сравнению со сплошным выступом. Показано, что структура вихревых зон до и после перфорированного выступа существенно зависит от расположения, диаметра отверстий (перфораций) и относительной площади отверстий перфорации. Установлено, что струйные потоки, падающие на поверхность теплообмена из перфорированных выступов в случае перфорации внизу, смещают точку присоединения вниз по потоку по сравнению со сплошным выступом. Экспериментально показана необходимость использования неоднородной перфорации, так как она ведет к нарушению аналогии Рейнольдса в пользу теплообмена.