Определение влияния поперечного сечения обтекаемого тела на процесс вихреобразования в условиях турбулизации пограничного слоя на поверхности тела. Анализ влияния турбулизации пограничного слоя на лобовой поверхности тела на формирование дорожки Кармана.
Аннотация к работе
Однако в вихревом расходомере поток ограничен, а плохообтекаемое тело имеет фиксированную линию отрыва потока (призма или цилиндр с фрезерованным по длине уступом). Закономерности формирования вихрей при обтекании таких тел ограниченным турбулизированным потоком или в условиях загрязнения (шероховатости) лобовой поверхности тела практически не изучены. Таким образом, тема настоящего исследования, связанная с изучением процесса вихреобразования за плохообтекаемыми телами с фиксированной линией отрыва в ограниченных турбулизированных потоках и в условиях повышенной степени шероховатости лобовой поверхности тела, является на сегодняшний день актуальной задачей. получить экспериментальную информацию о влиянии турбулизации пограничного слоя на лобовой поверхности обтекаемого тела вихревого расходомера на процесс вихреобразования; выполнить экспериментальные исследования структуры потока в ближнем следе за обтекаемым телом вихревого расходомера, выявить механизм влияния повышенной внешней турбулентности потока и турбулизации пограничного слоя на лобовой поверхности тела на формирование дорожки Кармана.Установлено, что в ограниченном потоке при увеличении внешней турбулентности и в условиях турбулизации пограничного слоя на лобовой поверхности обтекаемого тела вихревого расходомера частота вихреобразования за телом цилиндрической формы с фиксированной линией отрыва потока возрастает, а за телом призматической формы - снижается. Предложена физическая модель влияния турбулизирующих факторов на частоту вихреобразования за обтекаемым телом вихревого расходомера, основанная на взаимосвязи поперечных размеров следа за телом и скорости на его внешней границе при поперечном обтекании тела ограниченным потоком. Достоверность модели подтверждена независимыми измерениями коэффициента сопротивления давления тел и результатами исследования структуры течения в ближнем следе за телом в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Выявлено влияние степени шероховатости лобовой поверхности тела и размеров участка повышенной шероховатости на частоту вихреобразования за обтекаемым телом вихревого расходомера. Показано, что при типичном для условий эксплуатации расходомера загрязнении только центральной части лобовой поверхности обтекаемого тела и относительной доле загрязненного участка 28%, увеличение частоты вихреобразования не превышает 1%.
Вывод
Сформулированы основные выводы: 1. Установлено, что в ограниченном потоке при увеличении внешней турбулентности и в условиях турбулизации пограничного слоя на лобовой поверхности обтекаемого тела вихревого расходомера частота вихреобразования за телом цилиндрической формы с фиксированной линией отрыва потока возрастает, а за телом призматической формы - снижается.
2. Увеличение частоты срыва вихрей с цилиндрического тела вихревого расходомера при возрастании степени турбулентности набегающего потока от 2.2…4% до 8…11.2% достигает, в зависимости от числа Рейнольдса, 1.5…2%, а в случае нанесения на лобовую поверхность тела песочной шероховатости - 3…9%. Снижение частоты срыва вихрей с обтекаемого тела призматической формы с шероховатой лобовой поверхностью составляет 1.5…2% и также зависит от числа Рейнольдса.
3. Предложена физическая модель влияния турбулизирующих факторов на частоту вихреобразования за обтекаемым телом вихревого расходомера, основанная на взаимосвязи поперечных размеров следа за телом и скорости на его внешней границе при поперечном обтекании тела ограниченным потоком. Достоверность модели подтверждена независимыми измерениями коэффициента сопротивления давления тел и результатами исследования структуры течения в ближнем следе за телом в широком диапазоне чисел Рейнольдса.
4. Выявлено влияние степени шероховатости лобовой поверхности тела и размеров участка повышенной шероховатости на частоту вихреобразования за обтекаемым телом вихревого расходомера. Показано, что при типичном для условий эксплуатации расходомера загрязнении только центральной части лобовой поверхности обтекаемого тела и относительной доле загрязненного участка 28%, увеличение частоты вихреобразования не превышает 1%. Это дает основание рекомендовать вихревые расходомеры с обтекаемым телом в качестве средства измерения расхода газа низкой степени очистки.
5. Определено влияние степени загромождения поперечного сечения расходомера обтекаемым телом на нижний предел существования регулярной вихревой дорожки Кармана. Установлено, что снижение отношения диаметров тела и измерительного участка с 0,29 до 0,16 позволяет уменьшить число Рейнольдса, соответствующее нижнему пределу вихреобразования за телом в 2,6 раза.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации: 1. Еронин М.В. Вихри Кармана за плохообтекаемым телом в ограниченном турбулизированном потоке и при турбулизации пограничного слоя на теле / О.В.Дунай, М.В.Еронин, Д.В.Кратиров, Н.И.Михеев, В.М.Молочников // Изв. РАН. МЖГ. 2010.- №4. С.97-106..
Работы, опубликованные в других изданиях: 2. Еронин М.В. Термоанемометрия и визуализация потока в канале с элементами дискретной шероховатости на ламинарном и переходном режимах течения // Паерелий А.А., Занько Ф.С., Еронин М.В.// Сборник материалов XVII Международной Школы-семинара «Модели и методы аэродинамики» Евпатория, 4 - 13 июня 2008 г. М.:МЦНМО. 2008 С.112-113.
3. Еронин М.В. Измерение расхода вихревым расходомером при повышенной степени турбулентности потока / Еронин М.В., Фасхутдинов Р.Э., Кратиров Д.В., Франов А.Н. // Сборник материалов VI Школы-семинара молодых ученых и специалистов акад. В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 16 - 18 сентября 2008 г. С.133-136.
4. Еронин М.В. Снижение влияния неравномерности и неизотермичности потока при измерении расхода текучих сред / Фасхутдинов Р.Э., Еронин М.В., Михеев Н.И. // Материалы VI Школы-семинара молодых ученых и специалистов акад. В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 16 - 18 сентября 2008 г. С.149-152.
5. Еронин М.В. Влияние параметров набегающего потока на формирование регулярных вихрей за плохообтекаемым телом в ограниченном потоке / Еронин М.В., Фасхутдинов Р.Э., Кратиров Д.В. // Материалы Девятой Международной Школы-семинара «Модели и методы аэродинамики» Евпатория, 4 - 13 июня 2009 г. М.:МЦНМО. 2009 С.78-80
6. Еронин М.В. Измерение расхода теплоносителей вихревым расходомером при повышенной степени турбулентности потока / Еронин М.В., Фасхутдинов Р.Э., Молочников В.М., Михеев Н.И., Кратиров Д.В.// Материалы XVII Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» Жуковский, 25-29 мая 2009. С.82-85.
7. Еронин М.В. Процесс вихреобразования за плохообтекаемыми телами при турбулизации пограничного слоя на их лобовой поверхности/ М.В.Еронин, В.М.Молочников, Д.В. Кратиров // Материалы Десятой Международной Школы-семинара «Модели и методы аэродинамики» Евпатория, 3 - 12 июня 2010 г. М.:МЦНМО. 2010 С.67-68
8. Еронин М.В. Вихри Кармана при турбулизации пограничного слоя на плохообтекаемом теле / Кратиров Д.В., Молочников В.М., Дунай О.В. // Труды Пятой Российской национальной конференции по теплообмену в 8 томах. Т. 2.- М. Издательский дом МЭИ, 2010. С.118-122.