ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА И ПОВЕРХНОСТНОГО
ТРЕНИЯ НА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗА ДВУМЯ РЯДАМИ УГЛУБЛЕНИЙ
В главе рассматриваются задачи, необходимые для достижения поставленной в
работе цели: дается описание схемы и принципа работы экспериментального стенда
и рабочего участка, двухрядных систем генераторов вихрей, выполнены доводочные
эксперименты экспериментальной установки.
2.1 Экспериментальная установка
Экспериментальный стенд представляет собой аэродинамическую трубу открытого
типа (рис. 2.1). Воздух от центробежного вентилятора ВВД5 1 подается в ресивер
5 и далее через входное сопло 6 и участок стабилизации 7 поступает в
экспериментальный участок 9. Ресивер, в котором установлена мелкоячеистая сетка
4, предназначен для “сглаживания” объемных пульсаций потока и выравнивания поля
скорости потока по сечению канала. Профилирование входного сопла 6 по кривой
Витошинского обеспечивает перед экспериментальным участком достаточно
равномерный профиль скорости с толщиной пограничного слоя не более 1 мм.
Дополнительная магистраль с поворотным затвором 2 предназначена для сброса
избыточного воздуха в атмосферу и изменения расхода воздуха через
экспериментальный участок. После экспериментального участка воздух поступает в
переходник, который «нивелирует» эффект расширения канала, попадает в
успокоитель 10 и выбрасывается в атмосферу. Установка снабжена системой
измерений.
Ресивер 5 предназначен для гашения пульсаций давления в потоке и состоит из
расширяющегося (диффузорного) участка, участка стабилизации и сопла
Витошинского, с помощью которого происходит переход от круглого поперечного
сечения к прямоугольному. Входное сечения сопла составляет 400x300 мм, а
выходного - 294x34 мм. Соотношение входной и выходной площадей сопла составляет
18:1.
Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки:
1 – центробежный вентилятор; 2, 3 - поворотный затвор; 4 - мелкоячеистая сетка;
5 – ресивер; 6 – сопло Витошинского;
7 – участок стабилизации; 8 – экспериментальный участок; 9 – успокоитель с
переходником; 10 – преобразователь; 11 – электродвигатель.
р0* - полное давление; t0* - полная температура; ti – температура поверхности
экспериментального участка.
Между соплом и экспериментальным участком располагаются прямолинейный участок
стабилизации 7 длиной 42 мм. Измерительный участок, размеры которого (высота 34
мм, ширина 294 мм) соответствуют входным размерам экспериментального участка. В
центре измерительного участка установлена трубка Пито, позволяющая по разнице
полного P0* и статического Pст давлений при известной температуре потока t0*
определить скорость потока на входе в экспериментальный участок. Тарировка
трубки Пито с целью определения коэффициента расхода производилась на
специальной установке.
Общий вид экспериментальной установки представлен на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Общий вид экспериментальной установки.
Трубка полного давления изготавливалась из трубки внешним диаметром d = 0,8 мм,
внутренним диаметром 0,55 мм и подключалась к дифференциальному манометру типа
МКВ – 250 – 0,02. Скорость потока на входе в экспериментальный участок
варьировалась от 4,1 до 16,6 м/с.
Плотность воздуха определялась с помощью таблиц [10] по результатам измерения
температуры потока и барометрического давления. Температура потока на входе в
экспериментальный участок измерялась с помощью образцового термометра (цена
деления 0,1 0С), который установлен в ресивере (рис. 2.1, )
2.2 Режим течения
С целью определения режима течения потока на входе в экспериментальный участок
в диапазоне изменения скорости от 4 до 17 м/с была выполнена серия
экспериментов по измерению профиля скорости в пограничном слое. Результаты
экспериментов приведены на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Профили скорости в пограничном слое:
1 - м/с; 2 - м/с; 3 - м/с.
Для определения режима течения рассчитывался формпараметр в соответствии с
выражением
где - толщина вытеснения, - толщина потери импульса. Обработка результатов
измерений показала, что при скорости потока м/с величина формпараметра
составляет 2,22, при м/с -= 2,12 а при м/с - = 1,98.
В соответствии с данными, приведенными в [66] диапазон изменения формпараметра
от 1,98 до 2,22 соответствует переходному режиму течения на входе в
экспериментальный участок.
Рис. 2.4 Схема канала экспериментальной установки:
1 – сопло Витошинского; 2 – участок стабилизации; 3 – сменный участок (в
экспериментах устанавливалась двухрядная система углублений); 4 –
экспериментальный участок, А – выступ.
Так как надежные эмпирические зависимости для теплообмена и сопротивления при
переходном режиме течения отсутствуют, то тарировка экспериментального участка
производилась при турбулентном режиме течения. Для этого между измерительным
участком и экспериментальным участком создавался специальный уступ высотой 2
мм, схема которого показана на рис. 2.4. Измерения показали, что в этом случае
турбулентный пограничный слой развивался от начала экспериментального участка.
2.3 Экспериментальный участок
Экспериментальный участок имеет форму канала прямоугольного сечения высотой 34
мм, шириной 290 мм и длиной 125 мм, нижняя стенка которого представляет собой
тонкостенный нагреватель, изготовленный из железистого нихрома (61% Ni, 15% Cr,
= 11,6 ) толщиной = 0,1 мм. Нагреватель укреплен на толстой пенопластовой
основе толщиной д = 50 мм с низким коэффициентом теплопроводности (л = 0,035).
К нагревателю подводится электропитание от источника постоянного тока.
Для визуализации поверхностного температурного поля на нагреватель нанесен
тонкий слой жидкого кристалла черного цвета,
- Київ+380960830922