Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування
Аналізуються особливості поверхонь із заглибинами різної форми, які мають специфічні гідродинамічні властивості. Серед них найунікальніші - осцилюючий у заглибині вихор і швидше зростання теплообміну у порівнянні зі збільшенням гідравлічних втрат. Ці властивості можуть використовуватися для створенн...
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2005
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1139 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування / А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2005. — N 11. — С. 14-18. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859762247103938560 |
|---|---|
| author | Халатов, А. |
| author_facet | Халатов, А. |
| citation_txt | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування / А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2005. — N 11. — С. 14-18. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| description | Аналізуються особливості поверхонь із заглибинами різної форми, які мають специфічні гідродинамічні властивості. Серед них найунікальніші - осцилюючий у заглибині вихор і швидше зростання теплообміну у порівнянні зі збільшенням гідравлічних втрат. Ці властивості можуть використовуватися для створення нових технологій вихрової термоаеродинаміки. Розглядаються осовні досягнення фундаментельних досліджень гідродинаміки поверхневих вихрових генераторів та нові практичні застосування їх результатів в авіації, енергомашинобудуванні, інших галузях промисловості.
Surfaces structured with indentations various shape demonstrate specific hydrodynamic features amongst those are side-to-side oscillating vortex and prevail heat transfer augmentation over pressure drop growth. These
physical properties can be employed in novel vortex technologies aerothermodynamics. Primary fundamental anhievements along with a few novel a.plications for aviation, energy machine-building and other industries
are given in this paper.
|
| first_indexed | 2025-12-02T04:16:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
14 ISSN 0372-6436. ³ñí. ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2005, ¹ 11
ÑÒÀÒÒ² ÒÀ ÎÃËßÄÈ ÍÀÖ²ÎÍÀËÜÍÎ ̄ÀÊÀÄĒ̲ ÍÀÓÊ ÓÊÐÀ¯ÍÈ
²ÑÍÈÊ
À. ÕÀËÀÒÎÂ
ÏÎÂÅÐÕÍŲ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÈ ÂÈÕÎвÂ:
ÔÓÍÄÀÌÅÍÒÀËÜͲ ÄÎÑßÃÍÅÍÍß ² Íβ ÇÀÑÒÎÑÓÂÀÍÍß
Âèõðîâ³ ³ çàêðó÷åí³ ïîòîêè øèðîêî âèêîðèñòîâóþòüñÿ äëÿ ³íòåíñèô³êàö³¿
òåïëî- ³ ìàñîîáì³íó òà âäîñêîíàëåííÿ ïðîöåñ³â ãîð³ííÿ â åíåðãåòèö³, àâ³à-
ö³¿, åíåðãî- ³ ìàøèíîáóäóâàíí³, õ³ì³÷í³é òà ³íøèõ ãàëóçÿõ ïðîìèñëîâîñò³.
Îñòàíí³ìè ðîêàìè îñîáëèâå çàö³êàâëåííÿ äîñë³äíèê³â âèêëèêàâ ñâîºð³äíèé
êëàñ âèõðîâèõ ïîòîê³â — ïîâåðõíåâ³ çàãëèáèíè ð³çíî¿ ôîðìè. Ñèñòåìè ç
ïîâåðõíåâèìè ãåíåðàòîðàìè âèõîð³â ìàþòü íèçêó ñïåöèô³÷íèõ âëàñòèâîñ-
òåé, ñåðåä ÿêèõ íàéóí³êàëüí³øîþ º ïîðóøåííÿ àíàëî㳿 Ðåéíîëüäñà íà êî-
ðèñòü òåïëîîáì³íó — øâèäøå çðîñòàííÿ òåïëîîáì³íó ïîð³âíÿíî ç³ çá³ëüøåí-
íÿì ã³äðàâë³÷íèõ âòðàò.
Ó ñòàòò³ àíàë³çóþòüñÿ îñíîâí³ ôóíäàìåíòàëüí³ äîñÿãíåííÿ ó ñôåð³
ã³äðîäèíàì³êè ïîâåðõíåâèõ âèõðîâèõ ãåíåðàòîð³â ³ íîâ³ ïðàêòè÷í³ çàñòîñóâàí-
íÿ äëÿ àâ³àö³¿, åíåðãîìàøèíîáóäóâàííÿ òà ³íøèõ ãàëóçåé ïðîìèñëîâîñò³.
© ÕÀËÀÒΠÀðòåì Àðòåìîâè÷. ×ëåí-êîðåñïîíäåíò ÍÀÍ Óêðà¿íè. Çàâ³äóâà÷ â³ää³ëó âèñî-
êîòåìïåðàòóðíî¿ òåðìîãàçîäèíàì³êè ²íñòèòóòó òåõí³÷íî¿ òåïëîô³çèêè ÍÀÍ Óêðà¿íè (Êè¿â).
2005.
Ïîïðè òå, ùî ì’ÿ÷ äëÿ ãðè ó ãîëüô,
âêðèòèé äð³áíèìè ñôåðè÷íèìè çàãëèáè-
íàìè (ëóíêàìè), âæå áàãàòî ðîê³â «ãóëÿº»
ïî ³ãðîâèõ ïîëÿõ, ôóíäàìåíòàëüíî äîñë³äè-
ëè éîãî àåðîäèíàì³êó ëèøå çîâñ³ì íåäàâíî
[1]. Ðåçóëüòàòîì òàêîãî âèâ÷åííÿ ñòàëî âè-
ÿâëåííÿ ïàðàäîêñàëüíî¿ ïîâåä³íêè êðèâî¿ çà-
ëåæíîñò³ êîåô³ö³ºíòà îïîðó â³ä ÷èñëà Ðåé-
íîëüäñà (Re). Âñòàíîâëåíî, ùî â îáëàñò³ ÷è-
ñåë Ðåéíîëüäñà (Re <100 000) êîåô³ö³ºíò
îïîðó ì’ÿ÷à ³ç çàãëèáèíàìè ó ê³ëüêà ðàç³â
íèæ÷èé, í³æ äëÿ ãëàäêîãî àáî øîðñòêóâàòî-
ãî ì’ÿ÷à, à âèùèì çà êðèòè÷íå ÷èñëî Ðåé-
íîëüäñà êîåô³ö³ºíò îïîðó º ìàéæå ïîñò³éíèì.
Òàê ñàìî íåòðèâ³àëüíî ïîâîäèòüñÿ ³ ï³äí³-
ìàëüíà ñèëà ì’ÿ÷à ³ç çàãëèáèíàìè, âíàñë³äîê
÷îãî â îáëàñò³ ïîì³ðíèõ ÷èñåë Ðåéíîëüäñà
äàëüí³ñòü éîãî ïîëüîòó ïåðåâèùóº äàëüí³ñòü
ïîëüîòó ãëàäêîãî ì’ÿ÷à ó 3–4 ðàçè.
Òàê³ íåñïîä³âàí³ ã³äðîäèíàì³÷í³ âëàñòè-
âîñò³ ïîâåðõíåâèõ çàãëèáèí ñïîíóêàëè äî
øèðîêîìàñøòàáíèõ ôóíäàìåíòàëüíèõ äîñë³-
äæåíü ã³äðîäèíàì³êè ³ òåïëîîáì³íó ïîáëèçó
ïîâåðõí³, âêðèòî¿ çàãëèáèíàìè ð³çíî¿ ôîð-
ìè. ³ä 1983 ðîêó äåê³ëüêà äîñë³äíèöüêèõ
ïðîãðàì (çîêðåìà îáîðîííîãî ïðèçíà÷åííÿ)
âèêîíàí³ â Ðîñ³¿, à ç 1996-ãî — øèðîê³ íàó-
êîâ³ äîñë³äæåííÿ ðîçïî÷àòî ó ÑØÀ. Îñíîâ-
íà ìåòà öèõ ïðîãðàì — âèâ÷åííÿ ìîæëèâî-
ñò³ âèêîðèñòàííÿ óí³êàëüíèõ ã³äðîäèíàì³÷-
íèõ âëàñòèâîñòåé ïîâåðõíåâèõ ãåíåðàòîð³â
âèõîð³â ó ïðèêëàäíèõ ðîçðîáêàõ.
ISSN 0372-6436. ³ñí. ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2005, ¹ 11 15
Îïóáë³êîâàí³ ðåçóëüòàòè [3] çàñâ³ä÷óþòü,
ùî â îáëàñò³ ïîì³ðíèõ ³ âåëèêèõ ÷èñåë Ðåé-
íîëüäñà âñåðåäèí³ ñôåðè÷íî¿ çàãëèáèíè íà
ïëàñê³é ïîâåðõí³ ôîðìóºòüñÿ âèõîð, ïóëüñó-
þ÷èé óïîïåðåê çàãëèáèíè (ðèñ. 1), ÿêèé ³ç
âèñîêîþ ÷àñòîòîþ âèêèäàºòüñÿ ó çîâí³øí³é
ïîò³ê. ×àñòîòà öèõ âèêèä³â çàëåæèòü â³ä øâèä-
êîñò³ çîâí³øíüîãî ïîòîêó ³ éîãî òóðáóëåíò-
íîñò³. Ïîð³âíÿííÿ ëàáîðàòîðíèõ äîñë³äæåíü
³ç äàíèìè, îòðèìàíèìè ñï³âðîá³òíèêàìè
²íñòèòóòó àòîìíî¿ åíåð㳿 ³ì. ².Â. Êóð-
÷àòîâà (Ðîñ³ÿ), êîòð³ âèâ÷àëè ïðèðîäí³ âè-
õîðè â ïóñòåëÿõ Ñåðåäíüî¿ À糿, ñïîíóêàëî
äî âèñíîâêó ïðî òå, ùî ô³çè÷íà ñòðóêòóðà
ì³êðîâèõîðó, ÿêèé ãåíåðóºòüñÿ ó çàãëèáèí³,
áëèçüêà äî ïðèðîäíîãî ìàêðîâèõîðó íà çðà-
çîê «òîðíàäî» [2]. Òîìó â àìåðèêàíñüê³é íà-
óêîâ³é ë³òåðàòóð³ òàêèé «ëàáîðàòîðíèé» âè-
õîð îòðèìàâ íàçâó «tornado-like vortex». Ïî-
äàëüø³ àíàë³òè÷í³ äîñë³äæåííÿ ïîêàçàëè [2],
ùî äëÿ ³ñíóâàííÿ «òîðíàäî-âèõîðó» äóæå
âàæëèâà íàÿâí³ñòü øîðñòêî¿ ï³äñòèëàþ÷î¿
ïîâåðõí³, ÿêà çàáåçïå÷óº «íåíóëüîâó» ãðà-
íè÷íó óìîâó (ï³ùàíà ÷è ìîðñüêà ïîâåðõíÿ).
Íà ïîâåðõí³ ³ç ñèñòåìîþ ïîâåðõíåâèõ çà-
ãëèáèí âèíèêຠâçàºìîóçãîäæåíà «ãðà âèõî-
ð³â» — êîëåêòèâíèé åôåêò ñàìîîðãàí³çàö³¿,
çóìîâëåíèé âçàºìî䳺þ îêðåìèõ íåñòàö³îíàð-
íèõ âèõðîâèõ ñòðóêòóð ( äèâ. ðèñ. 1). Ó ðå-
çóëüòàò³ ïîáëèçó ïîâåðõí³ ôîðìóºòüñÿ íå-
ñòàö³îíàðíà «âèõðîâà ñ³òêà», ùî çíà÷íî çíè-
æóº ã³äðàâë³÷í³ âòðàòè ³ çá³ëüøóº òåïëîîáì³í
[2, 5, 6].
²íøà óí³êàëüíà âëàñòèâ³ñòü ñèñòåìè ïîâåð-
õíåâèõ çàãëèáèí, óïåðøå â³äêðèòà ðîñ³é-
ñüêèìè äîñë³äíèêàìè [2, 5], — öå øâèäøå
çðîñòàííÿ òåïëîîáì³íó ïîð³âíÿíî ç³ çá³ëüøåí-
íÿì ã³äðàâë³÷íîãî îïîðó, ùî º íåäîñÿæíèì
äëÿ âñ³õ ³íøèõ ìåòîä³â ³íòåíñèô³êàö³¿ òåïëî-
îáì³íó. Âïðîäîâæ 1996—2000 ðîê³â öåé âàæ-
ëèâèé ðåçóëüòàò áóâ ï³äòâåðäæåíèé ðåòåëü-
íèìè åêñïåðèìåíòàëüíèìè äîñë³äæåííÿìè,
âèêîíàíèìè â óí³âåðñèòåòàõ ³ ô³ðìàõ ÑØÀ.
Îòæå, òåõí³êà ïîâåðõíåâèõ ãåíåðàòîð³â
âèõîð³â ïðîäåìîíñòðóâàëà ïîðóøåííÿ àíà-
ëî㳿 Ðåéíîëüäñà íà êîðèñòü òåïëîîáì³íó,
ùî âêàçóº íà íåòðèâ³àëüíèé õàðàêòåð îáò³-
êàííÿ ïîâåðõíåâèõ çàãëèáèí ³ íåàäåêâàò-
í³ñòü ¿õ ã³äðîäèíàì³÷íèõ âëàñòèâîñòåé çâè-
÷àéíèì øîðñòêóâàòèì ïîâåðõíÿì.
Íàìè ó 2002 ð. âèñóíóòî ã³ïîòåçó, ùî
òåïëîã³äðàâë³÷íèé åôåêò ïîâåðõíåâèõ âè-
õîð³â ìຠáóòè çíà÷í³øèì çà íèçüêî¿ øâèä-
êîñò³ ïîòîêó, êîëè â éîãî ñòðóêòóð³ â³äñóòí³
«çîâí³øí³» âèõîðè, ñïðè÷èíåí³ òóðáóëåíò-
í³ñòþ ïîòîêó. Ïðîòÿãîì 2003—2004 ðîê³â
ó ëàáîðàòîð³ÿõ ³éñüêîâî-ïîâ³òðÿíî¿ àêà-
äå쳿 ÑØÀ é Óí³âåðñèòåòó øòàòó Þòà áóëî
âèêîíàíî ôóíäàìåíòàëüí³ äîñë³äæåííÿ íå-
ñòàö³îíàðíèõ âëàñòèâîñòåé ñèñòåì ³ç ïîâåðõ-
íåâèìè ãåíåðàòîðàìè âèõîð³â ð³çíî¿ ôîðìè
çà íèçüêî¿ øâèäêîñò³ îáò³êàííÿ [6–8]. Çî-
êðåìà, çíàéäåíî, ùî ó ðàç³ ìàëèõ ÷èñåë Ðåé-
íîëüäñà çà çàãëèáèíàìè ôîðìóºòüñÿ íå îñ-
öèëþþ÷èé âèõîð, à ïðèíöèïîâî íîâà âèõ-
ðîâà ñòðóêòóðà — íåñòàö³îíàðí³ ôëóêòóàö³¿
ïîòîêó îá’ºìíîãî òèïó, ÿê³ ãåíåðóþòüñÿ â³ä-
ðèâíîþ çîíîþ âñåðåäèí³ çàãëèáèíè. Ìàêñè-
ìàëüíà ÷àñòîòà òàêèõ ôëóêòóàö³é íàñò³ëü-
êè âåëèêà, ùî ïåðåâèùóº íåñòàö³îíàðí³ ôëó-
êòóàö³¿ ïîòîêó çà ïîïåðå÷íèì îáò³÷íèì
öèë³íäðîì á³ëüø ÿê ó 10 (!) ðàç³â. Îêð³ì
òîãî, áóëî ïîêàçàíî, ùî ó ïëàñêîìó êàíàë³
³ñíóº îïòèìàëüíå ÷èñëî Ðåéíîëüäñà, êîëè
³íòåíñèô³êàö³ÿ òåïëîîáì³íó ìàêñèìàëüíî
ïåðåâèùóº ñóïóòíº çðîñòàííÿ ã³äðàâë³÷íî-
ãî îïîðó [9].
Ðèñ. 1. Óñåðåäíåíà êàðòèíà âèõðîâèõ ñòðóêòóð á³ëÿ
ñèñòåìè çàãëèáèí [4]
ISSN 0372-6436. ³ñí. ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2005, ¹ 1116
Òàêèì ÷èíîì, ï³äòâåðäæåíî, ùî â³äñóò-
í³ñòü âèõîð³â ó çîâí³øíüîìó ïîòîö³ ³ñòîòíî
ï³äâèùóº ïîòåíö³àë òåõí³êè ïîâåðõíåâèõ
âèõîð³â.
Âåëèêà ÷àñòèíà ôóíäàìåíòàëüíèõ ðåçóëü-
òàò³â ó ãàëóç³ ã³äðîäèíàì³êè ³ òåïëîîáì³íó â
ñèñòåìàõ ³ç ïîâåðõíåâèìè âèõðîâèìè ãåíå-
ðàòîðàìè ïîêè ùî º çàêðèòîþ äëÿ çàãàëüíî-
ãî êîðèñòóâàííÿ. Öå ïîÿñíþºòüñÿ âàæëèâèìè
ïðàêòè÷íèìè çàñòîñóâàííÿìè òåõíîëî㳿 ïî-
âåðõíåâèõ ãåíåðàòîð³â âèõîð³â â àâ³àö³¿, ìà-
øèíî- ³ ñóäíîáóäóâàíí³ òà ðàêåòí³é òåõí³ö³.
ßê ñâ³ä÷àòü îïóáë³êîâàí³ äàí³ [2, 5, 6], â³-
äîì³ çàñòîñóâàííÿ ïîâåðõíåâèõ ãåíåðàòîð³â
âèõîð³â ó ÿäåðí³é åíåðãåòèö³ äëÿ îõîëîäæó-
âàííÿ «ì³øåíåé», âíóòð³øíüîãî îõîëîäæó-
âàííÿ ëîïàòåé òóðáîìàøèí, ó íèçüêîòîêñè÷-
íèõ êàìåðàõ çãîðàííÿ. Ïîâåðõíåâ³ âèõðîâ³
ãåíåðàòîðè âèêîðèñòîâóþòüñÿ òàêîæ äëÿ
çíèæåííÿ îïîðó øîëîìà ãîíùèêà-âåëîñèïå-
äèñòà ³ ëèæ äëÿ øâèäê³ñíîãî ñïóñêó. Íåùî-
äàâíî ô³ðìà «Volvo» ñïðîåêòóâàëà åêñïåðè-
ìåíòàëüíèé àâòîìîá³ëü, äíî ÿêîãî âêðèòî
äóæå äð³áíèìè ñôåðè÷íèìè çàãëèáèíàìè, ùî
çíèæóþòü àåðîäèíàì³÷íèé îï³ð.
Ó 2001 ð. çà íàøîþ ïðîïîçèö³ºþ â ²íñòè-
òóò³ òåõí³÷íî¿ òåïëîô³çèêè ÍÀÍ Óêðà¿íè ³í³-
ö³éîâàíî äîñë³äæåííÿ ç ã³äðîäèíàì³êè ³ òåïëî-
îáì³íó â ñèñòåìàõ ³ç âèõðîâèìè ãåíåðàòîðà-
ìè ð³çíî¿ ãåîìåòðè÷íî¿ ôîðìè. ×àñòèíà öèõ
äîñë³äæåíü âèêîíóâàëàñü ó íàóêîâ³é ñï³âïðàö³
ç ó÷åíèìè Âåëèêî¿ Áðèòàí³¿ òà ÑØÀ. Ïðîãðà-
ìà äîñë³äæåíü ñêîíöåíòðîâàíà íà îáëàñò³ ëà-
ì³íàðíèõ ÷èñåë Ðåéíîëüäñà ïåðåä çàãëèáè-
íàìè, îá’ºêòàìè âèâ÷åííÿ ñëóãóâàëè çàãëè-
áèíè ñôåðè÷íî¿ ³ öèë³íäðîâî¿ ôîðì. Ãîëîâíà
óâàãà ïðèä³ëÿëàñÿ íåñòàö³îíàðí³é ñòðóêòóð³
ïîòîêó, âèíèêíåííþ â³äðèâó ïîòîêó â çàãëè-
áèí³ òà îá’ºìíèõ éîãî ïóëüñàö³é çà çàãëèáè-
íàìè. Îñíîâí³ ã³äðîäèíàì³÷í³ äîñë³äæåííÿ
âèêîíóâàëè ó âîäÿí³é ³ ïîâ³òðÿí³é òðóáàõ ³é-
ñüêîâî-ïîâ³òðÿíî¿ àêàäå쳿 ÑØÀ (ì. Êîëî-
ðàäî Ñïðèíãñ). Äëÿ öüîãî âèêîðèñòîâóâàëè
ìåòîäè â³çóàë³çàö³¿ ïîòîêó, êîìï’þòåðíèé àíà-
ë³ç â³äåîô³ëüì³â ³ òåõí³êó ð³äêèõ êðèñòàë³â
(òåïëîîáì³í). Äåÿê³ ðåçóëüòàòè öèõ äî-
ñë³äæåíü îïóáë³êîâàí³ â óêðà¿íñüêèõ ³ àìå-
ðèêàíñüêèõ âèäàííÿõ [6—9].
Ãëèáîêå ïðîíèêíåííÿ ó íåñòàö³îíàðíó
ñòðóêòóðó âèõðîâèõ ïîòîê³â äàëî çìîãó ðîç-
ðîáèòè ³ çàïðîïîíóâàòè íèçêó îðèã³íàëüíèõ
êîíñòðóêö³é äëÿ àâ³àö³¿, åíåðãîìàøèíîáóäó-
âàííÿ òà ³íøèõ ãàëóçåé ïðîìèñëîâîñò³. Ðîç-
ãëÿíåìî äåÿê³ ç íèõ.
¥ðóíòóþ÷èñü íà ô³çè÷í³é êàðòèí³ òå÷³¿,
çîáðàæåí³é íà ðèñ. 2, áóëî çàïðîïîíîâàíî
ïðèíöèïîâî íîâó êîíöåïö³þ îñöèëþþ÷îãî
ïë³âêîâîãî îõîëîäæóâàííÿ ëîïàòåé òóðáî-
ìàøèí ³ âèñîêîòåìïåðàòóðíèõ îá’ºêò³â [10].
Íà â³äì³íó â³ä òðàäèö³éíî¿ òåõíîëî㳿, îõî-
ëîäæóþ÷å ïîâ³òðÿ ïîäàºòüñÿ ÷åðåç ïîõèëèé
îòâ³ð óñåðåäèí³ ñôåðè÷íî¿ çàãëèáèíè. Îñ-
öèëþþ÷èé óñåðåäèí³ çàãëèáèíè âèõîð âèñî-
êî¿ ÷àñòîòè, ä³þ÷è ÿê êëàïàí, ïåð³îäè÷íî
ïåðåêðèâຠöåé îòâ³ð ³ ôîðìóº îñöèëþþ÷èé
â îñüîâîìó ³ êóòîâîìó íàïðÿìàõ ñòðóì³íü
îõîëîäæóâà÷à, ùî ñïðèÿº åôåêòèâí³øîìó
îõîëîäæåííþ ïîâåðõí³ çà çàãëèáèíàìè. Âçà-
ºìíå ïåðåêðèòòÿ îêðåìèõ «âèõðîâèõ äîð³-
æîê» ó ñèñòåì³ ïîïåðå÷íèõ çàãëèáèí äàº
ï³äñòàâè ñïîä³âàòèñÿ íà çíèæåííÿ ê³ëüêîñò³
ðÿä³â ïë³âêîâîãî îõîëîäæóâàííÿ ³ çìåíøåí-
íÿ ïîâåðõíåâèõ òåðì³÷íèõ íàïðóã.
Íåñòàö³îíàðíà ñòðóêòóðà âèõîð³â çà çàãëè-
áèíîþ íàøòîâõíóëà íà íîâó ³äåþ êåðóâàííÿ
â³äðèâîì ïîòîêó ó âèñîòíèõ àâ³àö³éíèõ äâè-
ãóíàõ [11]. Îñê³ëüêè «âèõðîâà äîð³æêà» çà
çàãëèáèíîþ ìຠçíà÷íó åíåðã³þ, òî îäíî- àáî
Ðèñ. 2. Íåñòàö³îíàðí³ ôëóêòóàö³¿ âèõîðó ó ñôå-
ðè÷í³é çàãëèáèí³ çà âåëèêèõ ÷èñåë Ðåéíîëüäñà [3]
ISSN 0372-6436. ³ñí. ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2005, ¹ 11 17
äâîðÿäíà ñèñòåìà ïîïåðå÷íèõ çàãëèáèí íà
ïîâåðõí³ âèêîðèñòîâóºòüñÿ äëÿ «íàêà÷óâàí-
íÿ» ïðèêîðäîííîãî øàðó á³ëÿ ïîâåðõí³ ê³íå-
òè÷íîþ åíåð㳺þ ³ ï³äâèùåííÿ çàâäÿêè öüî-
ìó éîãî ñò³éêîñò³ (ðèñ. 3). Ñàìå öÿ ³äåÿ âèêî-
ðèñòàíà äëÿ êåðóâàííÿ â³äðèâîì ïîòîêó ïðè
îáò³êàíí³ êðèëà ë³òàêà çà âåëèêèõ êóò³â àòà-
êè. Åêñïåðèìåíòàëüí³ ³ ÷èñëîâ³ äîñë³äæåí-
íÿ, çä³éñíåí³ ñï³ëüíî ç ôàõ³âöÿìè ³éñüêî-
âî-ïîâ³òðÿíî¿ àêàäå쳿 ÑØÀ [12], ñâ³ä÷àòü
ïðî ïåðñïåêòèâí³ñòü òàêî¿ òåõíîëî㳿.
Íå ìåíø îðèã³íàëüíà ³ âèõðîâà òåõíîëî-
ã³ÿ êåðóâàííÿ ïîâòîðíèìè òå÷³ÿìè â çàçîð³
ì³æ íåðóõîìèì êîðïóñîì òóðá³íè ³ ëîïàòÿ-
ìè, ùî îáåðòàþòüñÿ [13]. Öÿ ïðîáëåìà âæå
äàâíî ñòî¿òü ïåðåä ðîçðîáíèêàìè ãàçîâèõ
òóðá³í ³ç âèñîêèìè ïàðàìåòðàìè òåðìîäèíà-
ì³÷íîãî öèêëó. Ñèñòåìà çàãëèáèí íà êîðïóñ³
òóðá³íè ³ âåðõíüîìó òîðö³ ëîïàò³ ôîðìóº
«ãðó âèõîð³â», âçàºìîä³ÿ ÿêèõ çóìîâëþº óòâî-
ðåííÿ ñâîºð³äíîãî ãàçîäèíàì³÷íîãî «çàìêà».
Âèâ÷åííÿ ïðèðîäè ñìåð÷îâîãî âèõîðó ñïðè-
ÿëî íàðîäæåííþ ³äå¿ «ñòèñíóòîãî» ì³êðîâè-
õîðó ç ðàä³àëüíîþ øâèäê³ñòþ, ñïðÿìîâàíîþ
óñåðåäèíó âèõðîâî¿ ñòðóêòóðè. Òàêèé âèõîð
âåëüìè ñò³éêèé, ìຠçäàòí³ñòü äî êîíöåíòðà-
ö³¿ åíåð㳿 ó íüîìó ³ çàáåçïå÷óº âèñîêèé ð³-
âåíü òåïëîîáì³íó çà ïîì³ðíèõ âòðàò òèñêó.
Íàìè çàïðîïîíîâàíà òåõíîëîã³ÿ ïðîåêòóâàí-
íÿ òàêîãî âèõîðó, ÿêà âèêîðèñòîâóºòüñÿ â
³ííîâàö³éíèõ ñèñòåìàõ âíóòð³øíüîãî îõîëîä-
æóâàííÿ ëîïàòåé òóðáîìàøèí [14].
Çà îñòàíí³ äåñÿòèë³òòÿ ²íñòèòóò òåõí³÷íî¿
òåïëîô³çèêè ÍÀÍ Óêðà¿íè âïåâíåíî ïîñ³â ïðî-
â³äíå ì³ñöå ó ñâ³ò³ ç ðîçðîáêè ôóíäàìåíòàëü-
íèõ ïðîáëåì òåïëîîáì³íó òà ã³äðîäèíàì³êè
âèõðîâèõ ³ çàêðó÷åíèõ ïîòîê³â. Îòðèìàí³ â
³íñòèòóò³ ïðèêëàäí³ ðåçóëüòàòè çàö³êàâèëè
íèçêó ïðîâ³äíèõ çàðóá³æíèõ ô³ðì åíåðãî-
ìàøèíîáóä³âíîãî ïðîô³ëþ — òàêèõ, ÿê
«Ðîëëñ-Ðîéñ» (Âåëèêà Áðèòàí³ÿ), «Äæåíåðàë
Åëåêòðèê», «Ïðàòò-Ó¿òòí³», Ëîñ-Àëàìîñüêà íà-
ö³îíàëüíà ëàáîðàòîð³ÿ (ÑØÀ) òà äåÿêèõ
³íøèõ, êóäè çàïðîøóâàëè äëÿ ÷èòàííÿ ëåêö³é
³ ïðîâåäåííÿ íàóêîâèõ ñåì³íàð³â.
Ôóíäàìåíòàëüí³ òà ïðèêëàäí³ äîñë³äæåííÿ
²ÒÒÔ ÍÀÍ Óêðà¿íè â ãàëóç³ âèõðîâèõ ³ çàê-
ðó÷åíèõ ïîòîê³â áóëè ï³äòðèìàí³ äâîìà ãðàí-
òàìè Êîðîë³âñüêîãî (íàóêîâîãî) òîâàðèñòâà
(Âåëèêà Áðèòàí³ÿ), òðüîìà — Íàóêîâîãî êî-
ì³òåòó ÍÀÒÎ, ÷îòèðìà — CRDF, ãðàíòàìè
National Science Foundation, National Research
Council (ÑØÀ) òà äåÿêèìè ³íøèìè. 2001 ðîêó
ï³ä íàøèì êåð³âíèöòâîì â Êèºâ³ ïðîâåäåíî
óêðà¿íñüêî-àìåðèêàíñüêèé íàóêîâèé ñåì³íàð
CRDF «Íîâ³ òåõíîëî㳿 àåðîòåðìîäèíàì³êè ³
ãîð³ííÿ», à â 2002 ð. çà ôóíäàìåíòàëüí³ äîñë³-
äæåííÿ â ãàëóç³ ³ííîâàö³éíèõ (âèõðîâèõ) ñè-
ñòåì îõîëîäæóâàííÿ ëîïàòåé ãàçîâèõ òóðá³í
íàñ ñï³ëüíî ç ó÷åíèìè Âåëèêî¿ Áðèòàí³¿ ³ Ðîñ³¿
óäîñòîºíî ïåðøî¿ ì³æíàðîäíî¿ ïðå쳿 Íàóêî-
âîãî êîì³òåòó ÍÀÒÎ.
Ñüîãîäí³ ôóíäàìåíòàëüí³ äîñë³äæåííÿ
²ÒÒÔ ÍÀÍ Óêðà¿íè ñïðÿìîâàí³ íà åêñïå-
ðèìåíòàëüíå ³ òåîðåòè÷íå âèâ÷åííÿ íåñòà-
ö³îíàðíî¿ ã³äðîäèíàì³êè ³ òåïëîîáì³íó á³ëÿ
ïîâåðõîíü ³ç çàãëèáèíàìè ð³çíî¿ ãåîìåòðè÷-
íî¿ ôîðìè. Ïðèêëàäí³ äîñë³äæåííÿ çîñåðå-
äæåíî íà ñòâîðåíí³ âèõðîâîãî òåïëîîáì³í-
íèêà ç óëüòðàíèçüêèìè âòðàòàìè òèñêó äëÿ
ðåêóïåðàö³¿ òåïëîòè çà ì³êðîòóðá³íàìè ³
ãàçîäèçåëÿìè, ÿê³ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ó ñèñ-
òåìàõ äåöåíòðàë³çîâàíîãî åíåðãîïîñòà÷àí-
íÿ. Ö³ äîñë³äæåííÿ, ï³äòðèìàí³ ãðàíòîì
ôîíäó CRDF çà ïðîãðàìîþ «Next Steps to
Market» [9, 15], çàâåðøàòüñÿ íàïðèê³íö³
Ðèñ. 3. Ïðèãí³÷åííÿ â³äðèâó ïîòîêó (Re = 25000)
â òóðá³í³ íèçüêîãî òèñêó âèñîòíîãî àâ³àäâèãóíà [6]:
à — ëîïàòü òóðá³íè íèçüêîãî òèñêó: â³äðèâ ïîòîêó;
á — ïðèãí³÷åííÿ â³äðèâó ïîòîêó: çàãëèáèíè íà ïî-
âåðõí³
à á
18 ISSN 0372-6436. ³ñí. ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2005, ¹ 11
2005 ðîêó. ³äòàê ï³ëîòíèé çðàçîê ðåêóïå-
ðàòîðà áóäå ïåðåäàíî äî ÑØÀ äëÿ ïðîâå-
äåííÿ íåçàëåæíèõ âèïðîáóâàíü çà àìåðè-
êàíñüêèìè ñòàíäàðòàìè.
1. Bearman P., Harvey J. Golf ball aerodynamics // Ae-
ronautical Quarterly. — 1976. — 27. — P. 112—122.
2. Êèêíàäçå È.À., Ãà÷å÷èëàäçå È.À., Àëåêñååâ Â.À.
Ñàìîîðãàíèçàöèÿ ñìåð÷åîáðàçíûõ ñòðóé â ïîòî-
êàõ âÿçêèõ ñïëîøíûõ ñðåä è èíòåíñèôèêàöèÿ òåï-
ëîìàññîîáìåíà, ñîïðîâîæäàþùàÿ ýòî ÿâëåíèå. —
Ì., 2005. — 82 ñ.
3. Êåñàðåâ Â.Ñ., Êîçëîâ À.Ï. Ñòðóêòóðà òå÷åíèÿ è
òåïëîîáìåí ïðè îáòåêàíèè ïîëóñôåðè÷åñêîãî óãëóá-
ëåíèÿ òóðáóëèçèðîâàííûì ïîòîêîì âîçäóõà //
Âåñòè ÌÃÒÓ. Ñåð. ìàøèíîñòðîåíèå. — 1993. —
¹ 1. — Ñ. 106—115.
4. Mahmood G.I., Hill M.L., Nelson D.L., Ligra-
ni P.L., Moon H.-K., Glezer B. Local heat transfer
and flow structure on and above à dimpled surface in
à channel // Journal Turbomachinery. — 2001. —
123. — P. 115—123.
5. Íàãîãà Ã.Ï. Ýôôåêòèâíûå ìåòîäû îõëàæäåíèÿ
ëîïàòîê âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ãàçîâûõ òóðáèí. —
Ì., 1996. — 100 ñ.
6. Õàëàòîâ À. À. Òåïëîîáìåí è ãèäðîäèíàìèêà îêî-
ëîïîâåðõíîñòíûõ óãëóáëåíèé (ëóíîê). — Ê.,
2005. — 140 ñ.
7. Khalatov À., Byerley À., Min S-K., Ochoa D. Flow
characteristics within and downstream spherical and
ñólindrical dimple on à flat plate at low Reynolds
numbers // 2004. ASME (American Society
Mechanical Engineers). — Paper GT2004-53656.
8. Khalatov À., Byerley À., Min S-G, Vinñent R.
Application advanced techniques to study fluid
flow and heat transfer within and downstream à
single dimple // 2004. Äîêëàäû V Ìèíñêîãî ìåæäó-
íàð. ôîðóìà ïî òåïëî- è ìàññîîáìåíó (MIF-5).
9. Borisov I., Khalatov À., Kobzar S., Glezer B.
Comparison thermal-hydraulic characteristics for
two types dimpled surfaces // 2004. ASME
(American Society Mechanical Engineers). —
Paper ¹ GT2004–54204.
10. Ïàò. Óêðà¿íè ¹ 47749. 2004./Ñïîñ³á ïëiâêîâîãî
îõîëîäæåííÿ òà ïðèñòðié äëÿ éîãî çäiéñíåííÿ/
À.À. Õàëàòîâ, È.Ñ. Âàðãàíîâ. 15.07.2002. Áþë.
¹ 7.
11. Ïàò. Óêðà¿íè ¹ 44532À. 2002/Ëîïàòêà äâèãó-
íà, òóðá³íè, êîìïðåñîðà, âåíòèëÿòîðà/À.À. Õàëà-
òîâ, ².Ñ. Âàðãàíîâ, Ã.Â. Êîâàëåíêî, ².². Áîðèñîâ.
15.02.2002. Áþë. ¹ 2.
12. Khalatov À., Robarge T., Stark À., Seong-Ki Min,
Byerley À. Design considerations for using intended
surface treatments to control boundary layer se-
paration // 2004. 42Nd AIAA Aerospace Sciences
Meeting and Exhibit. Reno. USA.
13. Ïàò. Óêðà¿íè ¹ 51043. 2002./ʳíöåâà ÷àñòèíà
ëîïàòêè ³ êîðïóñ òóðá³íè/À.À. Õàëàòîâ, ².Ñ. Âàð-
ãàíîâ, Ñ.À. Õàëàòîâ. 15.11.2002. Áþë. ¹ 11.
14. Ïàò. Óêðà¿íè ¹ 36360. 1999./ Ñîïëîâà ëîïàòêà
ç öèêëîííèì îõîëîäæóâà÷åì/À.À. Õàëàòîâ,
².Ñ. Âàðãàíîâ, ².².Áîðèñîâ. 16.04.2001. Áþë.
¹ 3.
15. Ïàò. Óêðà¿íè ¹ 58222. 2002./ Ñï³ðàëüíèé òåïëî-
îáì³ííèê ³ ñïîñ³á éîãî âèãîòîâëåííÿ/À.À. Õàëà-
òîâ, ².Ñ. Âàðãàíîâ, ².². Áîðèñîâ, Ñ.Ã. Êîáçàð.
15.07.2003. Áþë. ¹ 7.
À. Õàëàòîâ
ÏÎÂÅÐÕÍŲ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÈ ÂÈÕÎвÂ:
ÔÓÍÄÀÌÅÍÒÀËÜͲ ÄÎÑßÃÍÅÍÍß ² Íβ
ÇÀÑÒÎÑÓÂÀÍÍß
Ð å ç þ ì å
Àíàë³çóþòüñÿ îñîáëèâîñò³ ïîâåðõîíü ³ç çàãëèáèíà-
ìè ð³çíî¿ ôîðìè, ÿê³ ìàþòü ñïåöèô³÷í³ ã³äðîäè-
íàì³÷í³ âëàñòèâîñò³. Ñåðåä íèõ íàéóí³êàëüí³ø³ —
îñöèëþþ÷èé ó çàãëèáèí³ âèõîð ³ øâèäøå çðîñòàííÿ
òåïëîîáì³íó ïîð³âíÿíî ç³ çá³ëüøåííÿì ã³äðàâë³÷íèõ
âòðàò. Ö³ âëàñòèâîñò³ ìîæóòü âèêîðèñòîâóâàòèñÿ äëÿ
ñòâîðåííÿ íîâèõ òåõíîëîã³é âèõðîâî¿ òåðìîàåðîäè-
íàì³êè. Ðîçãëÿäàþòüñÿ îñíîâí³ äîñÿãíåííÿ ôóíäà-
ìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ã³äðîäèíàì³êè ïîâåðõíåâèõ
âèõðîâèõ ãåíåðàòîð³â òà íîâ³ ïðàêòè÷í³ çàñòîñóâàí-
íÿ ¿õ ðåçóëüòàò³â â àâ³àö³¿, åíåðãîìàøèíîáóäóâàíí³,
³íøèõ ãàëóçÿõ ïðîìèñëîâîñò³.
À. Êhalatov
SURFACE VORTEX GENERATORS:
FUNDAMENTAL STUDIES AND NOVEL
APPLICATIONS
S u m m a r y
Surfaces structured with indentations various shape
demonstrate specific hydrodynamic features amongst
those are side-to-side oscillating vortex and prevail heat
transfer augmentation over pressure drop growth. These
physical properties can be employed in novel vortex
technologies aerothermodynamics. Primary fundamental
àñhievements along with à few novel àðplications for
aviation, energy machine-building and other industries
are given in this paper.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1139 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T04:16:18Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Халатов, А. 2008-07-23T13:07:56Z 2008-07-23T13:07:56Z 2005 Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування / А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2005. — N 11. — С. 14-18. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1139 Аналізуються особливості поверхонь із заглибинами різної форми, які мають специфічні гідродинамічні властивості. Серед них найунікальніші - осцилюючий у заглибині вихор і швидше зростання теплообміну у порівнянні зі збільшенням гідравлічних втрат. Ці властивості можуть використовуватися для створення нових технологій вихрової термоаеродинаміки. Розглядаються осовні досягнення фундаментельних досліджень гідродинаміки поверхневих вихрових генераторів та нові практичні застосування їх результатів в авіації, енергомашинобудуванні, інших галузях промисловості. Surfaces structured with indentations various shape demonstrate specific hydrodynamic features amongst those are side-to-side oscillating vortex and prevail heat transfer augmentation over pressure drop growth. These physical properties can be employed in novel vortex technologies aerothermodynamics. Primary fundamental anhievements along with a few novel a.plications for aviation, energy machine-building and other industries are given in this paper. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Статті та огляди Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування Surface vortex generators: fundamental studies and novel applications Article published earlier |
| spellingShingle | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування Халатов, А. Статті та огляди |
| title | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| title_alt | Surface vortex generators: fundamental studies and novel applications |
| title_full | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| title_fullStr | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| title_full_unstemmed | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| title_short | Поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| title_sort | поверхневі генератори вихорів: фундаментальні досягнення і нові застосування |
| topic | Статті та огляди |
| topic_facet | Статті та огляди |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1139 |
| work_keys_str_mv | AT halatova poverhnevígeneratorivihorívfundamentalʹnídosâgnennâínovízastosuvannâ AT halatova surfacevortexgeneratorsfundamentalstudiesandnovelapplications |