Взаимодействия индуцированных вихревых структур и их влияние на интенсификацию процессов тепломассообмена

От эффективности передачи энергии в теплообменном оборудовании во многом зависят значения технико-экономических показателей всей энергоустановки в целом. Использование эффективных способов интенсификации теплообмена позволяет существенно снизить массо-габаритные характеристики теплообменного оборудования. Большинство исследований в этой области посвящено интенсификации путем изменения геометрии поверхности (нанесение регулярного рельефа - поверхностных интенсификаторов), или посредством подавления естественных соотношений между различными параметрами набегающего потока (интенсификаторы, установленные в потоке). Для сравнения эффективности интенсификаторов разного типа между собой либо с модельной гладкой поверхностью используют параметры теплогидравлической эффективности – различные виды соотношений между коэффициентами теплоотдачи и сопротивления единицы площади исследуемой поверхности. Очевидно, что механизмы, вызывающие изменение теплогидравлической эффективности, существенно зависят как от рельефа поверхности, так и от параметров (необходимым образом подобранных) набегающего потока. Поэтому для корректного сравнения исследуемые поверхности необходимо помещать в одинаковые условия. Таким образом, перед исследователем, занимающимся поиском закономерностей между формой рельефа поверхности и ее теплогидравлической эффективностью, стоят следующие основные задачи: предельно точное определение коэффициентов теплоотдачи и сопротивления исследуемого рельефа в широком диапазоне параметров набегающего потока при наличии/отсутствии внешних воздействий (крупномасштабные вихревые структуры, градиент давления); корректное сравнение полученных данных. В настоящее время самый надежный источник данных в этой области - физический эксперимент. Цель настоящего проекта – экспериментальное исследование взаимодействия индуцированных вихревых структур и их влияние на теплогидравлическую эффективность рельефных теплообменных поверхностей. Экспериментальные исследования будут проводиться на аэродинамическом стенде, созданном в НИИ механики МГУ. На стенде реализована идея одновременного исследования рельефной и гладкой поверхностей и, следовательно, определение параметров за один эксперимент при заведомо одинаковых начальных условиях набегающего потока. Сопротивление пластин измеряется наиболее точным прямым методом – «взвешиванием» на тензометрических весах. Поле локальных коэффициентов теплоотдачи определяется нестационарным методом при помощи тепловизионного оборудования. Параметры и структура набегающего потока изменяются в широком диапазоне (скорость 15 – 125 м/с, создание крупномасштабных вихревых структур, возможность варьировать величины теплового и динамического пограничных слоев). В результате набирается массив экспериментальных данных, позволяющих выявить наиболее эффективные способы влияния на теплогидравлическую эффективность поверхностей теплообмена.Ожидаемые научные результаты – это результаты экспериментального исследования возможности существенного повышения теплогидравлической эффективности вихреобразующих поверхностей за счет взаимодействия с индуцированными в потоке крупномасштабными вихревыми структурами.С этой целью будет получен массив экспериментальных данных, отражающих влияние на теплогидравлическую эффективность сравниваемых поверхностей (гладкой и с вихреобразующим рельефом) следующих параметров:- расстояния между источником крупномасштабных вихревых структур и исследуемыми поверхностями;- частоты индуцированных вихревых структур;- формы источника вихревых структур.Научная и прикладная значимость заключается в подробном исследовании и накоплении достоверной экспериментальной информации о совместном влиянии двух способов интенсификации теплообмена. Не вызывает сомнений необходимость исследования процессов теплообмена и сопротивления в рассматриваемых течениях как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. Условия, при которых возможен опережающий рост теплоотдачи, актуальны для расчета и проектирования теплообменного оборудования. Одновременно с этим, полученные результаты могут быть использованы при верификации CFD-кодов, уточнения или расширения областей применения RANS-моделей расчета. Описанные методы и техники экспериментального определения теплогидравлических характеристик в дальнейшем могут быть эффективны и полезны при исследовании других типов течений, также представляющих практически интерес.