Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей

Приведены результаты исследований по визуализации течения на поверхности пластинчато-разрезного ребра при его омывании воздушным потоком. Проведен сравнительный анализ течения на пластинчато-разрезном и обычном сплошном пластинчатом ребре. Установлены причины интенсификации теплообмена на пластинчат...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Промышленная теплотехника
Дата:2007
Автори: Письменный, Е.Н., Баранюк, А.В., Рогачёв, В.А., Терех, А.М.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2007
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61324
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:Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей / Е.Н. Письменный, А.В. Баранюк, В.А. Рогачёв, А.М. Терех // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 69-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859954448639459328
author Письменный, Е.Н.
Баранюк, А.В.
Рогачёв, В.А.
Терех, А.М.
author_facet Письменный, Е.Н.
Баранюк, А.В.
Рогачёв, В.А.
Терех, А.М.
citation_txt Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей / Е.Н. Письменный, А.В. Баранюк, В.А. Рогачёв, А.М. Терех // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 69-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Промышленная теплотехника
description Приведены результаты исследований по визуализации течения на поверхности пластинчато-разрезного ребра при его омывании воздушным потоком. Проведен сравнительный анализ течения на пластинчато-разрезном и обычном сплошном пластинчатом ребре. Установлены причины интенсификации теплообмена на пластинчато-разрезном ребре. Наведено результати дослідження візуалізації течії на поверхні пластинчасто-розрізного ребра при обмиванні його повітряним потоком. Проведено порівняльний аналіз течії на пластинчасто-розрізному та звичайному пластинчастому ребрі. Встановлено причини інтенсифікації теплообміну на пластинчасто-розрізному ребрі. The results of research in visualization of flow on the surface of plate-cut fin while it is flowed by air stream. The comparative analysis of flow on the plate-cut fin and on the ordinary plate fin without cut. The causes of intensification of heat transfer on the plate-cut fin were determined.
first_indexed 2025-12-07T16:18:08Z
format Article
fulltext 1. Введение Разработка и создание современных ком; пактных радиоэлектронных аппаратов (РЭА), персональных компьютеров (ПК) выдвигает жесткие требования к повышению их надежно; сти. Повышение удельной тепловой нагрузки в условиях большой плотности размещения и миниатюризации базовых элементов РЭА, ПК, рост их производительности при одновремен; ном обеспечении благоприятного температур; ного режима неразрывно связаны с решением проблемы эффективного отвода от них избы; точной теплоты. Одним из перспективных на; правлений для решения этой проблемы являет; ся использование теплоотводящих оребренных поверхностей с высокой теплоаэродинамичес; кой эффективностью. К ним можно отнести поверхности с разрезным пластинчатым ореб; рением. Как показано в [1], в условиях вынужденной конвекции при продольном обтекании основа; ния и ребер пластинчато;оребренной поверхнос; ти, разрезка ребра по высоте приводит к образо; ванию в их верхней части прямоугольных пластинчатых участков размером hp×b×δ, распо; ложенных по потоку и отделенных между собой узким зазором шириной u=δ, называемых “ле; пестками”, способствует повышению интенсив; ности теплообмена в 1,16...1,25 раза по сравне; нию с обычной пластинчато;ребристой поверхностью. В [1] установлено, что максималь; ная интенсивность теплообмена наблюдается при относительной глубине разрезки ребра hp/h = 0,6, а аэродинамическое сопротивление при этом увеличивается на 10...35%. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 69 Наведено результати дослідження візуалізації течії на поверхні пластинчас) то)розрізного ребра при обмиванні його повітряним потоком. Проведено порів) няльний аналіз течії на пластинчасто) розрізному та звичайному пластинчас) тому ребрі. Встановлено причини інтенсифікації теплообміну на пластин) часто)розрізному ребрі. Приведены результаты исследова) ний по визуализации течения на поверх) ности пластинчато)разрезного ребра при его омывании воздушным потоком. Проведен сравнительный анализ тече) ния на пластинчато)разрезном и обыч) ном сплошном пластинчатом ребре. Ус) тановлены причины интенсификации теплообмена на пластинчато)разрез) ном ребре. The results of research in visualization of flow on the surface of plate)cut fin while it is flowed by air stream. The comparative analysis of flow on the plate)cut fin and on the ordinary plate fin without cut. The caus) es of intensification of heat transfer on the plate)cut fin were determined. УДК 536.24 ПИСЬМЕННЫЙ Е.Н., БАРАНЮК А.В., РОГАЧЁВ В.А., ТЕРЕХ А.М. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт” ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ НА ПЛОСКИХ РАЗРЕЗНЫХ РЕБРАХ ТЕПЛООТВОДЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ b – ширина “лепестка”; h – высота ребра; hР – глубина разрезки; L – линейный размер основания; t – шаг между ребрами; u – ширина зазора между “лепестками”; x – текущая координата по длине ребра; w – скорость воздушного потока; δ – толщина ребра. Индексы: н – набегающий; н – начало; к – конец; о – основание; от – отрыв. С целью изучения взаимосвязи теплообмена и течения, выяснения особенностей течения на пластинчато;разрезном ребре и влияния структу; ры потока на интенсификацию теплообмена теп; лоотводящей поверхности с пластинчато;разрез; ным оребрением в НТУУ „КПИ” выполнены экспериментальные исследования по визуализа; ции течения. 2. Описание установки и методики измерений Визуализация течения осуществлялась методом поверхностной индикации потока с помощью са; же;керосиновой взвеси, которая равномерно на; носилась на предварительно отполированную и ок; рашенную в белый цвет поверхность ребра [2, 3]. Теплоотводящие поверхности, изучаемые в [1], имели сравнительно небольшие геометриче; ские размеры и плотную компоновку ребер. В та; ких условиях метод визуализации не дает воз; можности увидеть четкое и контрастное изображение картины течения из;за малых раз; меров поверхности ребер. Поэтому исследования выполнены на геометрически подобных моде; лях, имитирующих теплоотводящую поверхность по форме и конфигурации, выполненную в мас; штабе 2:1 (рис.1). Масштабные модели поверхностей состояли из 4;х ребер толщиной δ = 2 мм, высотой h = 70 мм и длиной L = 140 мм, расположенных с шагом t = 14 мм на плоском основании толщи; ной δ0 = 5 мм. Ширина “лепестка” b = 11,2 мм, а ширина зазора u = 2 мм. Ребра модели распола; гались горизонтально, так что зазор между торца; ми ребер и стенкой рабочего участка аэродина; мической трубы составлял 10 мм. Модели отличались друг от друга относительной глуби; ной разрезки ребер (hр/h = 0; 0,4; 0,6; 0,8). Подготовленная к визуализации модель поме; щалась в рабочий участок аэродинамической трубы разомкнутого типа [1]. Эксперименты проводились в диапазоне скоростей набегающе; го потока wн = (5...10) м/с при обдуве поверхнос; ти в течение 2...3 мин и температуре воздушного потока 20...25 oС. Исследуемая поверхность размещалась в рабо; чем участке аэродинамической трубы таким об; разом, что ее ребра располагались параллельно, а основание перпендикулярно дну канала трубы (рис. 1). При омывании воздушным потоком ребра, на; несенная саже;керосиновая взвесь распределя; лась на нем в зависимости от направления тече; ния. В результате испарения керосина на поверхности ребра получалась фиксированная осредненная картина течения из частиц сажи, от; ражающая особенности омывания вблизи по; верхности. После окончания опыта модель из; влекалась из рабочего участка, картина течения на ребре изучалась, а затем фотографировалась. На полученных изображениях области отрыва и циркуляционного движения потока проявля; ются в виде темных пятен и полос, свидетельст; вующих о пониженных скоростях омывания, а места, омываемые потоком с более высокими ло; кальными скоростями, имеют светлую окраску. Необходимо отметить, что с уменьшением скорости набегающего потока ослабляется взаи; модействие потока с саже;керосиновой взвесью, нанесенной на поверхность для визуализации те; чения. Опытами установлено, что при wн < 6 м/с наблюдается снижение чувствительности ис; пользованного метода визуализации течения из; за уменьшения текучести саже;керосиновой взвеси, на поверхности ребра. Поэтому картины 70 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 Рис. 1. Теплоотводящая поверхность с пластинчато)разрезным оребрением. течения получены для наиболее благоприятного интервала скоростей обдува wн = (6...10) м/с. 3. Результаты исследований и их анализ Четкие и контрастные картины течения полу; чены при максимальной скорости набегающего потока wн≈10 м/с, что эквивалентно числу Рей; нольдса Re = 17·103. При wн < 10 м/с не выявлено каких;либо специфических особенностей тече; ния, а картины визуализации качественно по; добны рассмотренным для wн = 10 м/с. Поэтому анализ результатов визуализации течения прове; ден для экспериментов, выполненных при wн = 10 м/с. 3.1 Сплошное ребро На рис. 2 представлена фотография, иллюст; рирующая результаты экспериментов по визуа; лизации течения на поверхности сплошного не; разрезного ребра. Набегающий поток направлен справа налево. Как показывает анализ рис. 2, вся картина течения может быть условно разбита на 5 областей. Область 1 представляет собою темную полосу шириной xот = (5...6) мм и свидетельствует об об; разовании отрывного пузыря при обтекании по; током передней острой кромки ребра. Эта об; ласть характеризуется медленно вращающейся вихревой структурой, возникающей вследствие гидродинамического взаимодействия оторвав; шегося на входной кромке потока и погранично; го слоя возвратного течения [4,5]. В [6] показано, что ширина зоны отрыва, как правило, зависит от толщины ребра δ и степени турбулентности потока Tu. Предварительными измерениями установлено, что степень турбу; лентности набегающего потока в проведенных опытах составляла Tu ≈ 5 %. Ширина зоны отры; ва, рассчитанная по рекомендуемым формулам [6], равна xот ≈ 5,5 мм, что согласуется с найден; ной координатой данного исследования. За отрывным пузырем 1 расположена область 2, состоящая из мелких точек и сажи, для кото; рой характерна мелкомасштабная вихревая структура. Образование подобных структур сви; детельствует о развитии при Tu > 0 псевдолами; нарного пограничного слоя. В отличие от лами; нарного пограничного слоя, развивающегося при Tu = 0, в псевдоламинарном пограничном слое присутствуют возмущения различной при; роды, вызванные в данном случае отрывом с пе; редней кромки и внешней турбулентностью в межреберном канале. Протяженность области 2, занятой псевдола; минарным пограничным слоем, составляет хн – хот = 31 мм, где хн ≈ 36 мм – координата на; чала ламинарно;турбулентного перехода, кото; рой соответствует область 3 с длинными темны; ми полосами, оканчивающимися в координате хк = 100 мм. Полученные экспериментальные данные по формированию области ламинарно;турбулент; ного перехода и ее протяженности согласуются с результатами [5] для аналогичных условий обте; кания пластины с прямой передней кромкой тур; булизированным потоком. Приведенные в [5] рекомендации позволяют уточнить координату конца перехода по формуле (xк – xн)/xк = 0,7 = const. (1) Подставляя в (1) координату начала перехода хн, рассчитаем координату конца перехода: . (2) н к 102 мм 0,3 x x = ≈ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 71 Рис. 2. Картина течения на поверхности сплошного пластинчатого ребра при wн ≈ 10 м/с. Полученное расчетное значение практически совпадает с координатой конца перехода, опре; деленной на основе картины визуализации хк = 100 мм (рис. 2). Область 4, расположенная за областью лами; нарно;турбулентного перехода, представляюще; го многочисленные параллельные борозды из сажевых частиц, соответствует развитию турбу; лентного пограничного слоя на поверхности реб; ра. В этой области наблюдается укрупнение вих; рей, прогрессирующих вниз по потоку. Узкая темная полоса 5 на кормовой части по; верхности свидетельствует о срыве потока с зад; ней кромки ребра, предшествующем течению потока в ближнем следе. Опытами подтверждается образование вихре; вых структур в углах между основанием и ребра; ми, что говорит о существовании явных призна; ков трехмерного течения вблизи входа в межреберный полуоткрытый канал. 3.2 Разрезное ребро Картины течения на поверхности разрезных ребер с относительной глубиной разрезки hp/h = 0,4; 0,6; 0,8 приведены на рис. 3 – 5 соот; ветственно. При анализе, картина течения на пластинчато;разрезном ребре условно разделена на две части: примыкающий к основанию участок сплошного ребра без разрезки, высотой (h;hp); участок из последовательно расположен; ных по потоку с шагом b;u прямоугольных плас; тин “лепестков”, высотой hp и шириной b. На участке с неразрезной частью ребра при hp/h = 0,4 и 0,6 (рис. 3, 4) характер течения каче; ственно сохранился таким же, как и для сплош; ного ребра: за отрывом (область 1) развивается псевдоламинарный пограничный слой (область 2) с последующим ламинарно;турбулентным пе; реходом (область 3), образованием за ним турбу; лентного пограничного слоя (область 4) и срыва потока с выходной кромки ребра (область 5). При разрезке hp/h = 0,4 процесс ламинарно; турбулентного перехода сохраняется таким же, как и без разрезки при hp/h =0 (хн – хот = 31 мм). При hp/h = 0,6 протяженность области 2, занятой псевдоламинарным пограничным слоем, сокра; щается до хн;хот ≈ 21 мм (рис. 3). Это свидетельст; вует о росте турбулизации потока на неразрезном участке ребра. При hp/h = 0,8 структура течения на неразрез; ном участке ребра отличается тем, что вихревые структуры в углах между ребрами и основанием занимают практически всю его высоту (рис. 5). Наиболее отчетливо эти структуры видны вблизи передней кромки ребра непосредственно за от; рывом. Указанный факт позволяет косвенно оце; нить размер вихрей у основания, который в пер; вом приближении можно считать равным или 72 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 Рис. 3. Картина течения на поверхности ребра с относительной глубиной разрезки hp/h =0,4 при wн = 10 м/с. Рис. 4. Картина течения на поверхности ребра с относительной глубиной разрезки hp/h =0,6 при wн = 10 м/с. несколько превышающим высоту неразрезного участка. При hp/h < 0,6 размеры вихрей вблизи основа; ния не препятствуют развитию за отрывом по; граничного слоя смешанного типа. При анализе результатов визуализации на раз; резном участке ребра необходимо отдельно рассма; тривать первый “лепесток” и следующие за ним. На первом входном “лепестке”, как и на не; разрезном участке, имеет место темная сажевая полоса области отрыва 1, за которой развивается псевдоламинарный пограничный слой. На по; следующих “лепестках” отчетливо видны тонкие полосы области 6, свидетельствующие об воз; никновении ламинарного или псевдоламинар; ного пограничного слоя. На всех задних кромках “лепестков” просмат; ривается узкая темная полоса 7, указывающая на срыв потока, охватывающий высоту “лепестка” hp. Одной из особенностей течения является то, что разрезка ребра приводит к деформации по; граничного слоя в месте разрыва поверхности ре; бра с восстановлением процесса его развития на поверхности следующего “лепестка” и характе; ризующиеся присоединенно;отрывным течени; ем на разрезной части ребра. Указанное обстоя; тельство вызывает уменьшение толщины пограничного слоя на ребре, что способствует росту интенсивности теплообмена в целом на оребренной поверхности. Другой особенностью течения в системе раз; резки ребер является возможность небольших перетоков среды через зазоры между “лепестка; ми” в межреберные каналы. Можно предполо; жить, что в местах разрезки имеет место обмен количеством движения, вызывающий дополни; тельную генерацию турбулентности. Однако при глубине разрезки hp/h = 0,8 в ус; ловиях отсутствия пограничного слоя смешанно; го типа, располагающегося при hp/h = 0...0,6 между “лепестками” и вихревыми структурами вблизи основания, перетоки в местах разрезки могут способствовать снижению суммарной тур; булизации потока. С ростом глубины разрезки можно ожидать ослабление вихревых структур вблизи основания из;за непосредственного влияния перетоков. Именно этим обстоятель; ством может быть объяснено наличие максиму; ма теплообмена при hp/h = 0,6 и снижение ин; тенсивности теплообмена при hp/h = 0,8, наблюдаемые в [1]. 5. Заключение На поверхности пластинчато;разрезного реб; ра обнаружены следующие особенности структу; ры течения: на входной кромке ребра образуется ло; кальный замкнутый отрыв (отрывной пузырь); за отрывом на неразрезной части сплош; ной поверхности ребра при hp/h = 0...0,8 в углах вблизи основания располагаются зоны трехмер; ного течения с вихревыми структурами; за отрывом на неразрезной поверхности ребра при hp/h = 0...0,6 между вихревыми струк; турами и разрезкой развивается смешанный тип течения в пограничном слое; на поверхностях “лепестков” развивается псевдоламинарный пограничный слой, прерыва; емый разрезкой; В первом приближении обоснована обнару; женная в [1] корреляция между интенсивностью среднего теплообмена и турбулизацией потока в зависимости от относительной глубины разрезки ребер. На примере конкретной теплоотводящей по; верхности с пластинчато;разрезным оребрением показано, что разрезка ребер является перспек; ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 73 Рис. 4. Картина течения на поверхности ребра с относительной глубиной разрезки hp/h = 0,8 при wн = 10 м/с. тивным методом повышения эффективности си; стем охлаждения элементов РЭА и ПК, однако для выбора оптимальной ширины, шага разрезки необходимы дальнейшие экспериментальные исследования. ЛИТЕРАТУРА 1. Письменный Е.Н., Рогачев В.А., Терех А.М., Бурлей В.Д., Руденко А.И. Влияние разрезки, поворо; тов и отгибки ребер на теплоаэродинамические ха; рактеристики поверхностей теплообмена // Пром. теплотехника. – 2003. – Т. 24, № 4. – С. 71–78. 2. Письменный Е.Н. Теплообмен и аэродина; мика пакетов поперечно;оребренных труб. – К.: Альтерпрес, 2004. – 243 с. 3. Письменный Е.Н. Исследование течения на поверхности ребер поперечно;оребренных труб // Инж.;физ. Журн. – 1984. – Т.47, №1. – С. 28–34. 4. Дыбан Е.П., Эпик Э.Я. Теплообмен и гид; родинамика турбулизированых потоков. – К.: Наукова думка, 1985. – 293 с. 5. Эпик Э.Я. Проблемы прогнозирования и расчета верхнего теплового ламинарно;турбулент; ного перехода (проблемный доклад)// Труды V Минского международного форума по тепло;и мас; сообмену, 24;28 мая 2004, – Минск. – 2004. –10 с. 6. Dyban E.P., Epik E.Ya., Yushina L.E. Heat transfer on the surfasce of longitudinally streamlined bodiesin the presence of closed separation and exter; nal flow turbulization // Heat Transfer Conference. Brighton, UK, 14;18 August 1994, vol.3, pp.25–30. 74 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61324
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3602
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:18:08Z
publishDate 2007
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format dspace
spelling Письменный, Е.Н.
Баранюк, А.В.
Рогачёв, В.А.
Терех, А.М.
2014-04-30T16:05:05Z
2014-04-30T16:05:05Z
2007
Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей / Е.Н. Письменный, А.В. Баранюк, В.А. Рогачёв, А.М. Терех // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 69-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61324
536.24
Приведены результаты исследований по визуализации течения на поверхности пластинчато-разрезного ребра при его омывании воздушным потоком. Проведен сравнительный анализ течения на пластинчато-разрезном и обычном сплошном пластинчатом ребре. Установлены причины интенсификации теплообмена на пластинчато-разрезном ребре.
Наведено результати дослідження візуалізації течії на поверхні пластинчасто-розрізного ребра при обмиванні його повітряним потоком. Проведено порівняльний аналіз течії на пластинчасто-розрізному та звичайному пластинчастому ребрі. Встановлено причини інтенсифікації теплообміну на пластинчасто-розрізному ребрі.
The results of research in visualization of flow on the surface of plate-cut fin while it is flowed by air stream. The comparative analysis of flow on the plate-cut fin and on the ordinary plate fin without cut. The causes of intensification of heat transfer on the plate-cut fin were determined.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
Features of flow on the flat surface with plate-cutted finning
Article
published earlier
spellingShingle Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
Письменный, Е.Н.
Баранюк, А.В.
Рогачёв, В.А.
Терех, А.М.
title Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
title_alt Features of flow on the flat surface with plate-cutted finning
title_full Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
title_fullStr Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
title_full_unstemmed Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
title_short Особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
title_sort особенности течения на плоских разрезных ребрах теплоотводящих поверхностей
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61324
work_keys_str_mv AT pisʹmennyien osobennostitečeniânaploskihrazreznyhrebrahteplootvodâŝihpoverhnostei
AT baranûkav osobennostitečeniânaploskihrazreznyhrebrahteplootvodâŝihpoverhnostei
AT rogačevva osobennostitečeniânaploskihrazreznyhrebrahteplootvodâŝihpoverhnostei
AT tereham osobennostitečeniânaploskihrazreznyhrebrahteplootvodâŝihpoverhnostei
AT pisʹmennyien featuresofflowontheflatsurfacewithplatecuttedfinning
AT baranûkav featuresofflowontheflatsurfacewithplatecuttedfinning
AT rogačevva featuresofflowontheflatsurfacewithplatecuttedfinning
AT tereham featuresofflowontheflatsurfacewithplatecuttedfinning