Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции
Предлагаются обобщающие зависимости для расчета аэродинамического сопротивления плоских поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением, в том числе и для пластинчатых поверхностей с повернутыми под углом к набегающему потоку разрезанными частями ребер. Пропонуються узагальнюючі залежності для розра...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61425 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции / А.В. Баранюк, Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860108107702599680 |
|---|---|
| author | Баранюк, А.В. Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. |
| author_facet | Баранюк, А.В. Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. |
| citation_txt | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции / А.В. Баранюк, Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Предлагаются обобщающие зависимости для расчета аэродинамического сопротивления плоских поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением, в том числе и для пластинчатых поверхностей с повернутыми под углом к набегающему потоку разрезанными частями ребер.
Пропонуються узагальнюючі залежності для розрахунку аеродинамічного опору плоских поверхонь із пластинчасто-розрізним оребренням, у тому числі і для пластинчастих поверхонь із поверненими під кутом до набігаючого потоку розрізаними частинами ребер.
Generalizing dependences are proposed for calculation of aerodynamic resistance of flat surfaces with cut plate fining as well as (including) of plate surfaces with cut parts of the fins turned at an angle to the running flow.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:32:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
Вопросам, посвященным изучению тепловых
характеристик теплоотводящих развитых по;
верхностей для охлаждения РЭА, различных теп;
лонагруженных узлов ПК и другой электронной
техники, уделено много внимания [1–4]. Однако
при конструировании и внедрении теплообмен;
ных поверхностей необходимо знать и правильно
проводить расчеты потерь давления и аэродина;
мического сопротивления при прохождении теп;
лоносителя через охлаждающий элемент. От это;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 29
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Пропонуються узагальнюючі залеж�
ності для розрахунку аеродинамічного
опору плоских поверхонь із пластинчас�
то�розрізним оребренням, у тому числі і
для пластинчастих поверхонь із повер�
неними під кутом до набігаючого потоку
розрізаними частинами ребер. Отри�
мані співвідношення можна використо�
вувати для інтервалів змін значень чисел
Рейнольдса Re = 2000...12000, відносної
глибини розрізки hР/h = 0,4...0,8, кута
повороту ϕ = 00... 450, кроку між ребра�
ми t = 2,5...6,9 мм, зведеної довжини
H/F = 14...30.
Предлагаются обобщающие зависи�
мости для расчета аэродинамического
сопротивления плоских поверхностей с
пластинчато�разрезным оребрением, в
том числе и для пластинчатых поверх�
ностей с повернутыми под углом к на�
бегающему потоку разрезанными час�
тями ребер. Полученные соотношения
можно использовать для областей из�
менений значений числа Рейнольдса
Re = 2000...12000, относительной глуби�
ны разрезки hP/h = 0,4...0,8, угла пово�
рота ϕ = 00...450, шага между ребра�
ми t = 2,5...6,9 мм, приведенной длины
H/F = 14...30.
Generalizing dependences are pro�
posed for calculation of aerodynamic
resistance of flat surfaces with cut plate
fining as well as (including) of plate sur�
faces with cut parts of the fins turned at an
angle to the running flow. Obtained rela�
tions can be used within Reynolds number
variation range Re = 2000…12000, relating
cutting depth range hp / h = 0,4…0,8, fins
rotation angle range ϕp= 0…45о, range of
step between fins t = 2,5...6,9 mm,
reduced length H/F = 14…30.
УДК 536.24
БАРАНЮК А.В., ПИСЬМЕННЫЙ Е.Н., ТЕРЕХ А.М.,
РОГАЧЕВ В.А., БУРЛЕЙ В.Д.
Национальный технический университет Украины
“Киевский политехнический институт”
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
ПЛАСТИНЧАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С РАЗРЕЗНЫМ
ОРЕБРЕНИЕМ ПРИ ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ
b – ширина “лепестка”;
d – диаметр;
h – высота ребра;
hР – высота “лепестка”;
L – линейный размер основания;
t – шаг между ребрами;
T – температура;
u – ширина разрезки;
w – скорость воздушного потока;
Z – количество ребер;
δ – толщина ребра;
ϕ – угол поворота “лепестка”;
Безразмерные комплексы
– число Эйлера;
– число Рейнольдса;
H/F – приведенная длина развитой поверхности.
Индексы:
в – вход;
н – набегающий;
о – опытный;
п – полный;
р – расчетный, разрезной;
с – свободный;
э – эквивалентный.
H Э
ЭRe
w d⋅
=
ν
2
H
Eu
P
w
Δ=
ρ⋅
го зависит правильный выбор вентилятора по
расходно;напорным характеристикам для систе;
мы охлаждения.
В НТУУ “КПИ” разработан ряд перспектив;
ных развитых теплообменных поверхностей для
охлаждения теплонагруженных электронных ус;
тройств при вынужденной конвекции. Одна из
них – плоская поверхность с пластинчато;раз;
резными ребрами, разрезанные части которых
(так называемые “лепестки”) повернуты относи;
тельно набегающего потока под углом 0, 30 и 45
градусов.
Целью данной статьи является обобщение по;
лученных данных, выявление влияния глубины
разрезки ребер, угла поворота “лепестков” и гео;
метрических характеристик поверхностей на по;
тери давления, разработка метода расчета аэроди;
намического сопротивления для плоских
поверхностей с пластинчато;разрезными ребрами
при их омывании воздушным потоком в канале.
Методика исследований
Аэродинамическое сопротивление исследо;
ванных поверхностей (рис.1,2) определялось при
температурах изотермического потока охлажда;
ющего воздуха TВ = 290...300К для чисел Рей;
нольдса Re = 2500...12000 в аэродинамической
трубе прямоугольного сечения [3]. Геометричес;
кие характеристики экспериментальных поверх;
ностей представлены в таблице. Все поверхности
имели одинаковые линейные размеры основа;
ния. Определяющим размером в числе Рей;
нольдса принят эквивалентный диаметр попе;
речного проходного сечения поверхности. В каче;
стве расчетной скорости в числах Рейнольдса и
Эйлера принята скорость набегающего потока wH.
Потери давления определялись по разности
статических давлений до и после исследуемой
поверхности при помощи впаяных на проточные
участки трубы штуцеров диаметром 1,5 мм на
расстояниях 0,9 м от заднего и 0,2 м от переднего
фланцев рабочего участка соответственно. В
каждом сечении отбора по ширине канала име;
лось по три штуцера, к которым через тройник
подсоединялся микроманометр ММН;240(5)II
классом точности 1.0. Показания микроманоме;
тра регистрировали значения падения давления в
канале длиной 1600 мм (подробно эксперимен;
тальная установка описана в [3]). Собственное
аэродинамическое сопротивление теплоотводя;
щих поверхностей определялось по разности ста;
тических давлений при наличии (ΔPП) и отсутст;
вии (ΔPС) в рабочем участке исследуемой
поверхностей.
. (1)
Аэродинамическое сопротивление свободного
от исследуемой поверхности канала (ΔPС) изме;
рялось в диапазоне набегающих скоростей
wH = 1,.5...12 м/с с последующей статистической
обработкой полученных результатов. По значе;
ниям ΔP определялись числа Эйлера для поверх;
ности.
П CP P PΔ = Δ − Δ
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 1. ПластинчатоEразрезное ребро.
Рис. 2. Фрагменты исследованных поверхностей:
а – пластинчатоEребристая; б – пластинчатоE
ребристая с разрезкой ребер; в – пластинчатоE
ребристая с разрезкой ребер и поворотом
“лепестков”.
. (2)
Определение погрешности для чисел Эйлера
проводилось для двух крайних режимов скоро;
стей. Расчеты показали, что относительная по;
грешность при определении числа Эйлера лежит
в пределах ± (5…15) %.
Результаты исследований,
их анализ и обобщение
Часть результатов исследования аэродинами;
ческого сопротивления представлено на рис.3.
Опытные данные достаточно точно аппроксими;
руются степенной зависимостью вида:
. (3)
На рис. 3 представлены также результаты ис;
следования потерь давления для обычной плас;
тинчато;ребристой теплообменной поверхности
№9. Пластинчато;ребристые поверхности
№9,12,16 использовались в качестве базовых для
сравнения с данными, полученными для тепло;
отводящих поверхностей №1;№8, №10,11, №13;
15 с разрезкой ребер и поворотом “лепестков” на
угол 30о и 45о , что позволило проследить влия;
ние глубины разрезки ребер h/hP и угла поворота
“лепестков” на потери давления. Между собой
поверхности №9,12,16 отличались величиной
шага t и приведенной длиной H/F, представляю;
щей собой отношение полной теплоотдающей
площади оребренной поверхности Н к “живому”
сечению F для прохода воздуха.
Анализ полученных результатов показал, что
увеличение глубины разрезки приводит к росту
сопротивления на 12 % при h/hP = 0,4 (поверх;
ность №1) и на 32 % при h/hP = 0,8 (поверхность
№3) рис. 4. Увеличение аэродинамического со;
противления при разрезке ребер можно объяс;
нить тем, что поток протекая вдоль ребер и взаи;
модействуя с кромками “лепестков”, образует
отрывные области на поверхности ребер, затра;
ЭEu Re
nC −= ⋅
H
Eu
P
w
Δ=
ρ⋅
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 31
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Та б л и ц а .
чивая при этом дополнительную энергию на пре;
одоление местных сопротивлений, связанных с
отрывом потока. Последующий поворот “лепест;
ков” на угол 30 и 45 градусов (поверхности №4;6,
№7,8) приводит к резкому росту аэродинамичес;
кого сопротивления в 1,5...2,5 раза, по сравне;
нию с базовой поверхностью (рис. 5), что связа;
но с увеличением загромождения проходного
сечения за счет повернутых “лепестков” и с по;
вышением турбулизации потока.
Кроме влияния на сопротивление глубины раз;
резки и угла поворота “лепестков”, выявлено также
влияние приведенной длины H/F. С увеличением
H/F аэродинамическое сопротивление возрастает.
При обобщении опытных данных в качестве
параметров, существенно влияющих на потери
давления, приняты: относительная глубина раз;
резки ребер hP/h, угол поворота “лепестков” и
приведенная длина развитой поверхности H/F.
Влияние hP/h, ϕ и H/F на потери давления выра;
жалось через коэффициент С в формуле (1). Его
величина представляется как произведение ко;
эффициентов СS и СР ,т.е. C = CS CР. В свою оче;
редь эти коэффициенты функционально связаны
с основными геометрическими характеристика;
ми поверхности, т.е. СS = f(H/F) СР = f(hP/h,). По;
казатель степени при числе Рейнольдса в форму;
ле (1) зависит от приведенной длины H/F.
Для определения коэффициентов CS, CP и пока;
зателя степени n математическая обработка опыт;
ного материала дала следующие аппроксимации:
, (4)
, (5)
. (6)
Таким образом, с учетом соотношений (4;6)
обобщающая зависимость для расчета аэродина;
мического сопротивления теплоотводящих по;
верхностей с с пластинчато;разрезными ребрами
и поворотом к набегающему потоку имеет вид:
. (7)
Оценка точности формул (3), (5), (7) проводи;
лась прямым сопоставлением опытных значений
чисел Эйлера EuО и расчетных EuP при гранич;
0,26
0,740,47
H HEu 34 Re
H
F
P
H
C
F
−⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥−− ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
0,26
0,74
H
n
F
−
⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
1,36
exp ln 3,8 P
P
h
C
e hϕ
⎡ ⎤⎛ ⎞= + ϕ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
0,47
34S
H
C
F
−
⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 3. Результаты исследования
аэродинамического сопротивления плоских
пластинчатоEребристых теплоотводящих
поверхностей. Номера на рисунке
соответствуют номерам поверхностей в
таблице.
Рис. 4. Зависимость приращения
аэродинамического сопротивления от относиE
тельной глубины разрезки.
1E3 – расчет; 4 – угол поворота “лепестков”
ϕϕ = 0о; 5 – ϕϕ = 30о; 6 – ϕϕ = 45о.
ных значениях чисел Рейнольдса ReЭ = 2000 и
ReЭ =11000 по формуле
. (8)
Для идентификации поверхности использо;
вался ее номер в таблице. Результаты этой оцен;
ки представлены на рис. 6. Штриховые линии на
рисунке ограничивают область, где расхождения
между опытными и расчетными значениями чи;
сел Эйлера не превышают 10 %. Внутри нее нахо;
дятся все 100 % опытных точек.
Выводы
1. Неполная разрезка по высоте ребер плас;
тинчато;ребристых поверхностей на отдельные
прямоугольные части (“лепестки”) приводит к
росту аэродинамического сопротивления тепло;
отводящей поверхности на 12...32 %.
2. Для поверхностей с поворотом “лепест;
ков” на 30 и 45 градусов сопротивление соответ;
ственно в 1,35...2,2 и в 1,7...2,9 раза выше, чем
для базовой пластинчато;ребристой теплоотво;
дящей поверхности.
3. Расчет потерь давления для приведен;
ных в таблице геометрических характеристик
теплообменных поверхностей №1;№16 в диа;
пазоне изменения относительной глубины раз;
резки hP/h = 0,4...0,8 и углов поворота “лепест;
ков” ϕ = 0о...45о предлагается вести по
формулам (3), (5).
ЛИТЕРАТУРА
1. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспече;
ние тепловых режимов при конструировании
РЭА. М.: Советское радио. – 1976. – 232 с.
2. Чернышов А.А., Иванов В.И., Аксенов А.И.,
Глушкова Д.Н. Обеспечение тепловых режимов
изделий электронной техники. М.: Энергия. –
1980. – 216 с.
3. Письменный Е.Н., Рогачев В.А., Терех А.М.,
Бурлей В.Д., Разумовский В.Г. Теплообмен плос;
ких поверхностей с сетчато;проволочным ореб;
рением при вынужденной конвекции Пром теп;
лотехника 2002 Т 24, № 4, С 71;78
4. Письменный Е.Н., Терех А.М., Матвиенко О.Е.
Теплоаэродинамические характеристики пучков
труб с сегментным оребрением// Пром. тепло;
техника. – 1999. – Т.21, № 4;5. – С. 76;79.
Получено 31.01.2006 г.
%O P
P
Eu Eu
100
Eu
−
Δ =
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 33
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 5. Зависимость приращения
аэродинамического сопротивления от угла
поворота “лепестков”: 1 – hP /h = 0,4;
2 – hP /h = 0,6; 3 – hP /h = 0,8.
Рис. 6. Оценка точности обобщающих формул (5),
(6) для пластинчатоEребристых теплоотводящих
поверхностей с разрезкой ребер, с разрезкой ребер
и поворотом “лепестков”.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61425 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:32:25Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Баранюк, А.В. Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. 2014-05-05T10:25:00Z 2014-05-05T10:25:00Z 2006 Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции / А.В. Баранюк, Е.Н. Письменный, А.М. Терех, В.А. Рогачев, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61425 536.24 Предлагаются обобщающие зависимости для расчета аэродинамического сопротивления плоских поверхностей с пластинчато-разрезным оребрением, в том числе и для пластинчатых поверхностей с повернутыми под углом к набегающему потоку разрезанными частями ребер. Пропонуються узагальнюючі залежності для розрахунку аеродинамічного опору плоских поверхонь із пластинчасто-розрізним оребренням, у тому числі і для пластинчастих поверхонь із поверненими під кутом до набігаючого потоку розрізаними частинами ребер. Generalizing dependences are proposed for calculation of aerodynamic resistance of flat surfaces with cut plate fining as well as (including) of plate surfaces with cut parts of the fins turned at an angle to the running flow. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции Aerodynamic resistance of flat surfaces with cut fins for force convection Article published earlier |
| spellingShingle | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции Баранюк, А.В. Письменный, Е.Н. Терех, А.М. Рогачев, В.А. Бурлей, В.Д. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| title_alt | Aerodynamic resistance of flat surfaces with cut fins for force convection |
| title_full | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| title_fullStr | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| title_full_unstemmed | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| title_short | Аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| title_sort | аэродинамическое сопротивление пластинчатых поверхностей с разрезным оребрением при вынужденной конвекции |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61425 |
| work_keys_str_mv | AT baranûkav aérodinamičeskoesoprotivlenieplastinčatyhpoverhnosteisrazreznymorebreniemprivynuždennoikonvekcii AT pisʹmennyien aérodinamičeskoesoprotivlenieplastinčatyhpoverhnosteisrazreznymorebreniemprivynuždennoikonvekcii AT tereham aérodinamičeskoesoprotivlenieplastinčatyhpoverhnosteisrazreznymorebreniemprivynuždennoikonvekcii AT rogačevva aérodinamičeskoesoprotivlenieplastinčatyhpoverhnosteisrazreznymorebreniemprivynuždennoikonvekcii AT burleivd aérodinamičeskoesoprotivlenieplastinčatyhpoverhnosteisrazreznymorebreniemprivynuždennoikonvekcii AT baranûkav aerodynamicresistanceofflatsurfaceswithcutfinsforforceconvection AT pisʹmennyien aerodynamicresistanceofflatsurfaceswithcutfinsforforceconvection AT tereham aerodynamicresistanceofflatsurfaceswithcutfinsforforceconvection AT rogačevva aerodynamicresistanceofflatsurfaceswithcutfinsforforceconvection AT burleivd aerodynamicresistanceofflatsurfaceswithcutfinsforforceconvection |