Cвязь локального теплообмена с ламинаризацией и турбулизацией потоков в градиентных течениях

В рамках работы над Проектом были проведены экспериментальные исследования гидродинамических и тепловых процессов в плоских каналах в широком диапазоне значений градиента давления (диффузорах и конфузорах). Исследования проводились при разных степенях исходной турбулентности потока рабочей среды (воздуха), которая создавалась во входном сечении канала специальными турбулизаторами. Исследование кинематической структуры градиентных течений проводилось полевым оптическим методом SIV. Тепловыми измерениями получены распределения коэффициента теплоотдачи на стенке канала в условиях наложенного продольного градиента давления. Проведен анализ полученных экспериментальных данных. Показано, что в потоках с благоприятным (отрицательным) градиентом давления наблюдается снижение характеристик турбулентности вниз по потоку. На ламинаризацию потока также указывают пониженные значения коэффициента теплоотдачи в конфузорных каналах по сравнению с турбулентной теплоотдачей в безградиентных потоках. Выявлены особенности кинематической структуры безотрывных и отрывных потоков в каналах с положительным градиентом давления. Отрыв потока характеризуется существенным ростом пульсационных характеристик в соответствующей области. В целом он в исследованных диффузорах показал соответствие существующим представлениям об отрыве потока в зависимости от угла раскрытия и степени расширения канала. Показано, что отрывное течение приводит к несколько большей теплоотдаче по сравнению с теплоотдачей в безотрывном потоке. По полученным профилям скоростей проведена оценка интегральных характеристик пограничного слоя (толщин вытеснения, потери импульса) градиентных потоков. Получены их распределения по длине канала в зависимости от исходного уровня турбулизации потока. Осуществлен поиск зависимости локальных значений теплообмена от характеристик турбулентности в градиентных потоках. Предложена корреляционная зависимость коэффициента теплоотдачи от поперечных пульсаций скорости потока.