Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление
Выполнен анализ влияния формы и глубины углублений на гидравлическое сопротивление. Показано, что наибольшим сопротивлением обладают двухрядные системы квадратной формы глубиной h/D = 0,20, а наименьшим – цилиндрические углубления глубиной h/D = 0,20. Виконано аналіз впливу форми та глибини заглибл...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60905 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 12-17. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859635647522799616 |
|---|---|
| author | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. |
| author_facet | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. |
| citation_txt | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 12-17. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Выполнен анализ влияния формы и глубины углублений на гидравлическое сопротивление. Показано, что наибольшим сопротивлением обладают двухрядные системы квадратной формы глубиной h/D = 0,20, а наименьшим – цилиндрические углубления глубиной h/D = 0,20.
Виконано аналіз впливу форми та глибини заглиблень на гідравлічний опір. Показано, що найбільший опір мають дворядні системи квадратної форми глибиною h/D = 0,20, а найменший – циліндричні заглиблення глибиною h/D = 0,20.
The analysis of influence of form and depth of dimples is executed on hydraulic resistance. It is shown that most resistance is possessed by the double-row systems of square form in depth h/D = 0.20, and the least – cylindrical dimples in h/D = 0.20 depth.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:15:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
В различных технических устройствах акту=
альной является задача создания компактных
устройств с минимальными энергетическими
затратами. Традиционно применяемые методы
интенсификации теплообмена (ребра, выступы
различной формы, закрутка потока, турбулиза=
ция) приводят к большим гидравлическим поте=
рям, поскольку при этом формируются вихревые
структуры, большая часть которых диссипирует в
основном потоке и не достигает поверхности
теплообмена. В работе [1] показано, что поверх=
ности, покрытые углублениями различной фор=
мы, формируют вихревые структуры, направлен=
ные к поверхности канала, что в ряде случаев
приводит к благоприятному соотношению между
интенсификацией теплообмена и сопутствую=
щими потерями давления. В частности, в работе
Кубанского П.Н. [2] показано, что при обтека=
нии поверхности, покрытой глубокими цилинд=
рическими углублениями, могут возникать осо=
бые условия обтекания, способствующие
существенному снижению гидравлических потерь.
Это обусловлено формированием циркуляцион=
ного течения внутри углубления и выходящих на=
ружу вихревых “катков”, по которым движется ос=
новной поток. Такие же “катки” создаются за счет
периодического срыва вихрей с устьев цилиндри=
ческого углубления. Таким образом, возникают ус=
ловия, при которых трение качения может частич=
но заменяться трением скольжения.
В настоящей работе выполнено эксперимен=
тальное и теоретическое исследование гидроди=
намических характеристик потока около плос=
кой поверхности с двухрядной системой
12 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Виконано аналіз впливу форми та
глибини заглиблень на гідравлічний
опір. Показано, що найбільший опір ма-
ють дворядні системи квадратної фор-
ми глибиною h/D = 0,20, а найменший –
циліндричні заглиблення глибиною
h/D = 0,20.
Выполнен анализ влияния формы и
глубины углублений на гидравлическое
сопротивление. Показано, что наиболь-
шим сопротивлением обладают двух-
рядные системы квадратной формы глу-
биной h/D = 0,20, а наименьшим –
цилиндрические углубления глубиной
h/D = 0,20.
The analysis of influence of form and
depth of dimples is executed on hydraulic
resistance. It is shown that most resistance
is possessed by the double-row systems of
square form in depth h/D = 0.20, and the
least – cylindrical dimples in h/D = 0.20
depth.
УДК 532.5.013.12
ОНИЩЕНКО В.Н., ХАЛАТОВ А.А.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И
ОСОБЕННОСТИ ОБТЕКАНИЯ ДВУХРЯДНОЙ СИСТЕМЫ
УГЛУБЛЕНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ
Часть 1. Гидравлическое сопротивление
c – расстояние между датчиками;
D – диаметр углубления;
H – высота канала;
h – глубина углубления;
L – сторона квадрата;
N – диагональ квадрата;
P – статическое давление;
Re2H = W·2H / ν – число Рейнольдса;
S – относительный шаг;
W∞ – скорость потока на входе в канал;
ς – коэффициент гидравлического сопротивления;
ρ – плотность потока;
ν – кинематический коэффициент вязкости.
Индексы:
x, y – прямоугольные координаты;
∞ – параметры в ядре потока.
сферических, цилиндрических и квадратных уг=
лублений, расположенных в шахматном порядке.
Такая конфигурация моделирует поверхность
теплообмена с периодическим расположением
на ней двухрядных углублений.
Экспериментальная установка
Экспериментальный стенд (рис. 1) представ=
ляет собой аэродинамическую трубу открытого
типа. Воздух от центробежного вентилятора
ВВД–5 1 подается в ресивер 5 и далее через вход=
ное сопло 6 и участок стабилизации 7 поступает в
экспериментальный участок 8. Ресивер, в кото=
ром установлена мелкоячеистая сетка 4, предназ=
начен для “сглаживания” объемных пульсаций
потока и выравнивания поля скорости потока по
сечению. Профилирование входного сопла 6 по
кривой Витошинского обеспечивает достаточно
равномерный профиль скорости перед экспери=
ментальным участком с толщиной пограничного
слоя не более 1,0 мм. Дополнительная магист=
раль с поворотным затвором 2 используется для
сброса избыточного воздуха в атмосферу и изме=
нения расхода воздуха через экспериментальный
участок. Установка снабжена системой необхо=
димых измерений.
Двухрядная система углублений
Перед экспериментальным участком устанав=
ливалась сменная прямоугольная пластина из
органического стекла длиной 61 мм и шириной
333 мм, на которой выполнены два ряда поверх=
ностных углублений сферической, цилиндричес=
кой или квадратной формы (рис. 2).
Углубления в двухрядной системе расположе=
ны в шахматном порядке таким образом, что их
центры образуют равнобедренный треугольник с
основанием, равным поперечному шагу углубле=
ний Sy. Относительный шаг в продольном на=
правлении Sx/D равен 0,64, относительная глуби=
на h/D для сферических и цилиндрических
углублений составляет 0,20 и 0,30, а для квадрат=
ного углубления – 0,30. Основные параметры ис=
следованных углублений приведены в таблице.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4 13
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 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.
Гидравлические потери
Скорость набегающего потока в эксперимен=
тах изменялась от 4,1 до 16,6 м/с, число Рей=
нольдса Re2H составляло 18000…76000, а темпе=
ратура потока T∞менялась от 26 до 28 оС. Коэф=
фициент гидравлического сопротивления двух=
рядной системы определялся в соответствии с
выражением:
,
где ΔP – разность статических давлений, измеря=
емая перед двухрядной системой углублений и за
ней (рис. 3). Статическое давление перед первым
и за вторым рядом углублений осреднялось в по=
перечном направлении за счет его измерения в
двух характерных точках.
На рис. 4 представлена зависимость коэффи=
циента гидравлического сопротивления двухряд=
ной системы сферических углублений от числа
Рейнольдса. В исследованном диапазоне наи=
большим сопротивлением обладают двухрядные
сферические углубления относительной глуби=
ной h/D = 0,30. Это обусловлено незначитель=
ным масштабом вихревой структуры в “мелких”
сферических углублениях (h/D = 0,20): вихрь,
формируемый в углублении, имеет малый размер
2
2
2
P
c
W
H
∞
Δ
ς =
ρ
14 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Схема поверхностных углублений на поверхности:
а – сферическое; б – цилиндрическое; в – квадратное углубление.
а б в
Та б л и ц а . Основные параметры исследованных углублений
Рис. 3. Схема определения гидравлического
сопротивления двухрядной системы углублений.
и практически не выступает над кромкой углуб=
ления в основной поток.
В более глубоких углублениях (h/D = 0,30) фор=
мируется вихревая структура, выступающая в ос=
новной поток и взаимодействующая с ним, что
приводит к росту гидравлических потерь. Тенден=
ция роста гидравлического сопротивления с уве=
личением глубины одиночного сферического
углубления и многорядных сферических углубле=
ний подтверждается и в других исследованиях [1].
На рис. 5 представлена зависимость коэффи=
циента гидравлического сопротивления двухряд=
ной системы квадратных углублений от числа
Рейнольдса. В данном случае во всем диапазоне
изменения числа Рейнольдса система квадрат=
ных углублений глубиной h/D = 0,20 имеет более
высокий коэффициент сопротивления, чем сис=
тема с h/D = 0,30. Такой характер его поведения
позволяет сделать вывод, что вихревая структура,
формируемая в квадратных углублениях, облада=
ет особыми свойствами, снижающими потери
давления при обтекании более глубоких углубле=
ний. Как первое приближение может прини=
маться гипотеза о возникновении режима трения
качения, когда поток движется по “вихревым
каткам”, формируемым вихревой структурой, ге=
нерируемой квадратными углублениями.
На рис. 6 представлена зависимость коэффи=
циента гидравлического сопротивления двухряд=
ной системы цилиндрических углублений от чис=
ла Рейнольдса. Как следует из рисунка, при
Re2H < 34000 более высоким сопротивлением об=
ладает система углублений с h/D = 0,30, т.е. в
этой области наблюдается закономерность, ха=
рактерная для системы сферических углублений.
В области Re2H > 34000 поведение коэффициента
сопротивления изменяется: “мелкие” углубле=
ния (h/D = 0,20) оказывают большее гидравли=
ческое сопротивление потоку, чем глубокие
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4 15
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 4. Гидравлическое сопротивление двухрядной
системы сферических углублений: 1 – h/D = 0,20;
2 – h/D = 0,30.
Рис. 5. Гидравлическое сопротивление двухрядной
системы квадратных углублений:
1 – h/D = 0,20; 2 – h/D = 0,30.
Рис. 6. Гидравлическое сопротивление двухрядной
системы цилиндрических
углублений: 1 – h/D = 0,20; 2 – h/D = 0,30.
углубления (h/D = 0,30). Таким образом, в облас=
ти больших скоростей набегающего потока форми=
руется специфическая вихревая структура и возника=
ют условия для снижения сопротивления. В данном
случае это генерация вторичных течений в цилин=
дрическом углублении и срыв вихрей с их устьев.
На рис. 7 приведены значения коэффициен=
тов гидравлического сопротивления для углубле=
ний различной формы. Наибольшее сопротивле=
ние во всем диапазоне изменения числа
Рейнольдса имеет система двухрядных углубле=
ний квадратной формы глубиной h/D = 0,20. Наи=
меньшее сопротивление в области Re2H< 30000 име=
ет двухрядная система цилиндрических углублений
глубиной h/D = 0,20, а в области Re2H > 40000 – сис=
тема цилиндрических углублений глубиной
h/D = 0,30 и сферических углублений глубиной
h/D = 0,20. В промежуточной области чисел Рей=
нольдса (Re2H = 30000…40000) наименьшее
сопротивление имеет система сферических
углублений глубиной h/D = 0,20.
Выполненное исследование свидетельствует
об аномальном характере гидравлического
сопротивления при обтекании системы двухряд=
ных углублений: относительно “гладкая” сферичес=
кая форма углубления характеризуется ростом
сопротивления с увеличением глубины, а “пло=
хообтекаемая” квадратная форма – имеет обрат=
ную зависимость. Цилиндрическое углубление
имеет различную характеристику в зависимости
от величины числа Рейнольдса: при малой ско=
рости ее обтекания (Re2H < 34000) оно имеет
свойства “гладкого” (рост сопротивления с уве=
личением глубины), а при большой скорости –
“плохообтекаемого” углубления (уменьшение
сопротивления с ростом глубины).
В настоящей работе по аналогии с выводами,
сделанными в работе [2], высказана предвари=
тельная гипотеза о формировании на поверхнос=
ти двухрядной системы углублений специфичес=
кой вихревой “сетки” (вихревых “катков”), что
может обеспечивать частичный переход от тре=
ния скольжения к трению качения. Однако для
окончательного ответа требуется более глубокое
исследование вихревой структуры потока в
углублениях различной формы и при различной
скорости их обтекания. В целом характер поведе=
ния гидравлического сопротивления двухрядных
углублений различной формы существенно от=
личается от сопротивления одиночных углубле=
ний такой же формы [1].
Выводы
1. Гидравлическое сопротивление двухряд=
ной системы “гладких” сферических углублений
увеличивается с ростом их глубины, а системы
квадратных (“плохообтекаемых”) углублений –
уменьшается.
2. Гидравлическое сопротивление цилинд=
рических углублений в двухрядной системе уве=
личивается при Re2H < 34000 с ростом глубины, а
при Re2H > 34000 – уменьшается.
3. Система двухрядных углублений квад=
ратной формы глубиной h/D = 0,20 обладает
наибольшим сопротивлением при всех числах
Рейнольдса. Наименьшее сопротивление в об=
ласти Re2H < 30000 имеет система цилиндри=
ческих углублений глубиной h/D = 0,20, при
Re2H = 30000…40000 – двухрядная система сфе=
рических углублений глубиной h/D = 0,20, а в об=
ласти Re2H> 40000 – система цилиндрических
16 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 7. Гидравлическое сопротивление двухрядных
систем углублений:
1 – сферические углубления (h/D = 0,20);
2 – сферические углубления (h/D = 0,30);
3 – цилиндрические углубления (h/D = 0,20);
4 – цилиндрические углубления (h/D = 0,30);
5 – квадратные углубления (h/D = 0,20);
6 – квадратные углубления (h/D = 0,30).
углублений глубиной h/D = 0,30 и сферических
глубиной h/D = 0,20.
4. Для более глубокого понимания вихревой
структуры потока в углублениях различной фор=
мы и объяснения характера поведения гидравли=
ческого сопротивления необходимы дополни=
тельные исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Халатов А.А., Борисов И.И., Шевцов С.В.
Теплообмен и гидродинамика в полях центро=
бежных массовых сил. Т. 5: Тепломассообмен
и теплогидравлическая эффективность вихре=
вых и закрученных потоков. – Киев, 2005. –
500 с.
2. Кубанский П.Н. Поведение резонанс=
ной системы в потоке // Журнал техничес=
кой физики. – 1957. – Т. 27, № 1. – С. 180 –
188.
Получено 23.02.2009 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 4 17
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Проведено аналіз і порівняння ло-
кальних та середніх коефіцієнтів теп-
ловіддачі у вертикальних і горизон-
тальних охолоджувальних каналах
котушкових обмоток силових трансфор-
маторів в умовах вільної конвекції транс-
форматорного масла. Результати отри-
мано за допомогою розроблених CFD —
моделей у спряженій постановці. Ве-
рифікацію моделі здійснено за експери-
ментальними даними.
Проведён анализ и сравнение ло-
кальных и средних коэффициентов теп-
лоотдачи в вертикальных и горизонталь-
ных каналах охлаждения катушечных
обмоток силовых трансформаторов в
условиях естественной конвекции
трансформаторного масла. Результаты
получены с помощью разработанных
CFD — моделей в сопряжённой поста-
новке. Верификация модели проведена
по экспериментальным данным.
Analysis and comparison of the local
and average heat transfer coefficients in
vertical and horizontal channels for the
cooling of bobbin windings of power trans-
formers under conditions of natural con-
vection of the transformer oil have been
carried out. Results have been obtained
with the help of developed CFD - models in
conjugate statement. The model has been
verified by experimental data.
УДК 532.542:536.252/255:621.314.212
КРУКОВСКИЙ П.Г.1, ЯЦЕВСКИЙ В.А.1,
КОНТОРОВИЧ Л.Н.2, ИВАНКОВ В.Ф.2, ЮРЧЕНКО Д.Д.1
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2ОАО «Запорожтрансформатор»
CFD — МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В
КАТУШЕЧНЫХ ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ
ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ОХЛАЖДАЮЩЕГО МАСЛА
Асв – коэффициент эмпирической зависимости;
b – радиальная ширина обмотки;
bвн – ширина внутреннего охлаждающего канала;
bн – ширина наружного охлаждающего канала;
Ср – теплоёмкость;
D – диаметр;
dг – гидравлический диаметр;
g – ускорение свободного падения;
H – высота обмотки;
h – высота горизонтального межкатушечного канала;
Lк – расстояние от нижнего торца обмотки до
верхнего торца расчётной катушки (или
витка цилиндрической обмотки);
Р – статическое давление;
ΔР – перепад давления;
q – плотность теплового потока;
qv – объёмное тепловыделение;
Pr – число Прандтля;
r, z, ϕ – координаты цилиндрической системы
координат;
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60905 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:15:30Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. 2014-04-20T19:08:00Z 2014-04-20T19:08:00Z 2009 Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление / В.Н. Онищенко, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 12-17. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60905 532.5.013.12 Выполнен анализ влияния формы и глубины углублений на гидравлическое сопротивление. Показано, что наибольшим сопротивлением обладают двухрядные системы квадратной формы глубиной h/D = 0,20, а наименьшим – цилиндрические углубления глубиной h/D = 0,20. Виконано аналіз впливу форми та глибини заглиблень на гідравлічний опір. Показано, що найбільший опір мають дворядні системи квадратної форми глибиною h/D = 0,20, а найменший – циліндричні заглиблення глибиною h/D = 0,20. The analysis of influence of form and depth of dimples is executed on hydraulic resistance. It is shown that most resistance is possessed by the double-row systems of square form in depth h/D = 0.20, and the least – cylindrical dimples in h/D = 0.20 depth. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление Hydraulic resistance and features of flowing around of double-row system of dimples of different shape. Part 1. Hydraulic resistance Article published earlier |
| spellingShingle | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление Онищенко, В.Н. Халатов, А.А. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление |
| title_alt | Hydraulic resistance and features of flowing around of double-row system of dimples of different shape. Part 1. Hydraulic resistance |
| title_full | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление |
| title_fullStr | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление |
| title_full_unstemmed | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление |
| title_short | Гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. Часть 1. Гидравлическое сопротивление |
| title_sort | гидравлическое сопротивление и особенности обтекания двухрядной системы углублений различной формы. часть 1. гидравлическое сопротивление |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60905 |
| work_keys_str_mv | AT oniŝenkovn gidravličeskoesoprotivlenieiosobennostiobtekaniâdvuhrâdnoisistemyuglubleniirazličnoiformyčastʹ1gidravličeskoesoprotivlenie AT halatovaa gidravličeskoesoprotivlenieiosobennostiobtekaniâdvuhrâdnoisistemyuglubleniirazličnoiformyčastʹ1gidravličeskoesoprotivlenie AT oniŝenkovn hydraulicresistanceandfeaturesofflowingaroundofdoublerowsystemofdimplesofdifferentshapepart1hydraulicresistance AT halatovaa hydraulicresistanceandfeaturesofflowingaroundofdoublerowsystemofdimplesofdifferentshapepart1hydraulicresistance |