1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 4, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 4, стр. 578-587

Экспериментальное исследование теплообмена при течении сжимаемого газа с отрицательным градиентом давления

Н. А. Киселёв 1, *, Н. С. Маластовский 1, 2, А. Г. Здитовец 1, Ю. А. Виноградов 1

1 Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Москва, Россия

* E-mail: kiselev.nick.a@gmail.com

Поступила в редакцию 12.09.2022
После доработки 26.01.2023
Принята к публикации 11.05.2023

Аннотация

В работе приведены результаты экспериментальных исследований параметров теплообмена при течении сжимаемого газа с отрицательным градиентом давления. Коэффициенты теплоотдачи и температура теплоизолированной стенки определялись методом нестационарного теплообмена. Для оценки степени ламинаризации потока выполнено сопоставление результатов с известными зависимостями для турбулентного пограничного слоя, развивающегося на пластине в безградиентном потоке. Выявлены закономерности влияния ускорения потока на закон теплообмена для исследуемых конфигураций сверхзвуковых сопел.

Список литературы

  1. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С., Попович С.С. Коэффициент восстановления температуры в сжимаемом пограничном слое // ТВТ. 2022. Т. 60. № 3. С. 455.

  2. Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Леонтьев А.И. Особенности исследования теплогидравлических характеристик рельефных поверхностей // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 895.

  3. Wilson D.G., Pope J.A. Convective Heat Transfer to Gas Turbine Blade Surfaces // Proc. Inst. Mech. Eng. 1954. V. 168. № 1. P. 861.

  4. Back L.H., Cuffel R.F., Massier P.F. Laminarization of a Turbulent Boundary Layer in Nozzle Flow–Boundary Layer and Heat Transfer Measurements with Wall Cooling // J. Heat Transfer. 1970. V. 92. № 3. P. 333.

  5. Back L.H., Cuffel R.F. Turbulent Boundary Layer and Heat Transfer Measurements Along a Convergent-Divergent Nozzle // J. Heat Transfer. 1971. V. 93. № 4. P. 397.

  6. Back L.H., Massier P.F., Gier H.L. Convective Heat Transfer in a Convergent-divergent Nozzle // Int. J. Heat Mass Transfer. 1964. V. 7. № 5. P. 549.

  7. Nash-Webber J.L., Oates G.C. An Engineering Approach to the Design of Laminarizing Nozzle Flows // J. Basic Eng. 1972. V. 94. № 4. P. 897.

  8. Mastanaiah K. Prediction of Skin-friction and Heat Transfer from Compressible Turbulent Boundary Layers in Rocket Nozzles // Int. J. Heat Mass Transfer. 1978. V. 21. № 11. P. 1403.

  9. Лебедев В.П., Леманов В.В., Мисюра С.Я., Терехов В.И. Влияние интенсивности турбулентности на эффективность газовой завесы в сопле Лаваля // ТВТ. 1995. Т. 33. № 4. С. 602.

  10. Волчков Э.П. Пристенные газовые завесы. Новосибирск: Наука, 1983. 240 с.

  11. Bons J. A Critical Assessment of Reynolds Analogy for Turbine Flows // J. Heat Transfer. 2005. V. 127. № 5. P. 472.

  12. Bons J.P., McClain S.T. The Effect of Real Turbine Roughness with Pressure Gradient on Heat Transfer // J. Turbomach. 2004. V. 126. № 3. P. 385.

  13. Mayle R.E. The 1991 IGTI Scholar Lecture: The Role of Laminar–Turbulent Transition in Gas Turbine Engines // J. Turbomach. 1991. V. 113. № 4. P. 509.

  14. Launder B.E. Laminarization of the Turbulent Boundary Layer by Acceleration. Tech Rep. 77. 1964.

  15. Moretti P.M., Kays W.M. Heat Transfer to a Turbulent Boundary Layer with Varying Free-stream Velocity and Varying Surface Temperature–an Experimental Study // Int. J. Heat Mass Transfer. 1965. V. 8. № 9. P. 1187.

  16. Bradshaw P. A Note on Reverse Transition // J. Fluid Mech. 1969. V. 35. № 2. P. 387.

  17. Preston J.H. The Minimum Reynolds Number for a Turbulent Boundary Layer and the Selection of a Transition Device // J. Fluid Mech. 1958. V. 3. № 4. P. 373.

  18. Chauhan K.A., Monkewitz P.A., Nagib H.M. Criteria for Assessing Experiments in Zero Pressure Gradient Boundary Lyers // Fluid Dyn. Res. 2009. V. 41. № 2.

  19. Jones W.P., Launder B.E. Some Properties of Sink-flow Turbulent Boundary Layers // J. Fluid Mech. 1972. V. 56. № 2. P. 337.

  20. Schraub F.A., Kline S.J. A Study of the Structures of the Turbulent Boundary Layer with and without Longitudinal Pressure Gradients. Stanford, California, 1965.

  21. Narayanan M.A.B., Ramjee V. On the Criteria for Reverse Transition in a Two-dimensional Boundary Layer Flow // J. Fluid Mech. 1969. V. 35. № 2. P. 225.

  22. Bader P., Pieringer P., Sanz W. On the Capability of Transition Models to Predict Relaminarization // 12th Eur. Conf. Turbomach. Fluid Dyn. Thermodyn. ETC. 2017. P. 1.

  23. Escudier M.P., Abdel-Hameed A., Johnson M.W., Sutcliffe C.J. Laminarisation and Re-transition of a Turbulent Boundary Layer Subjected to Favourable Pressure Gradient // Exp. Fluids. 1998. V. 25. № 5–6. P. 491.

  24. Mee D.J., Chiu H.S., Ireland P.T. Techniques for Detailed Heat Transfer Measurements in Cold Supersonic Blowdown Tunnels Using Thermochromic Liquid Crystals // Int. J. Heat Mass Transfer. 2002. V. 45. № 16. P. 3287.

  25. Bartz D.R. Turbulent Boundary-Layer Heat Transfer from Rapidly Accelerating Flow of Rocket Combustion Gases and of Heated Air // Adv. Heat Transfer. 1965. V. 2. № C. P. 1.

  26. Sucec J. An Integral Solution for Heat Transfer in Accelerating Turbulent Boundary Layers // J. Heat Transfer. 2009. V. 131. № 11. P. 1.

  27. Christoph G.H., Lessmann R.C., White F.M. Calculation of Turbulent Heat Transfer and Skin Friction // AIAA J. 1973. V. 11. № 7. P. 1046.

  28. Langtry R.B., Menter F.R. Correlation-based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes // AIAA J. 2009. V. 47. № 12. P. 2894.

  29. Kays W.M., Moffat R.J., Thielbahr W.H. Heat Transfer to the Highly Accelerated Turbulent Boundary Layer With and Without Mass Addition // J. Heat Transfer. 1970. V. 92. № 3. P. 499.

  30. Kearney D.W., Kays W.M., Moffat R.J. Heat Transfer to a Strongly Accelerated Turbulent Boundary Layer: Some Experimental Results, Including Transpiration // Int. J. Heat Mass Transfer. 1973. V. 16. № 6. P. 1289.

  31. Mutama K.R., Iacovides H. The Investigation of Developing Flow and Heat Transfer in a Long Converging Duct // J. Heat Transfer. 1993. V. 115. № 4. P. 897.

  32. Hurst C., Schulz A., Wittig S. Comparison of Calculated and Measured Heat Transfer Coeffiecients for Transonic and Supersonic Boundary-layer Flows // Proc. ASME Turbo Expo. 1995.V. 4. P. 248.

  33. Schoenman L., Block P. Laminar Boundary-layer Heat Transfer in Low-thrust Rocket Nozzles // J. Spacecr. Rockets. 1968. V. 5. № 9. P. 1082.

  34. Stoll J., Straub J. Film Cooling and Heat Transfer in Nozzles // J. Turbomach. 1988. V. 110. № 1. P. 57.

  35. Sternberg J. Transition from a Turbulent to a Laminar Boundary Layer, U.S. Army Ballistics Re- search Lab. Rep. no. 906. Aberdeen, 1954.

  36. Овсянников А.М., Пирумов У.Г., Плетнева Е.М., Росляков Г.С. Атлас плоских сопел. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. 108 с.

  37. Zucrow M.J., Hoffman J.D. Gas Dynamics. V. 2. Multidimensional Flow. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1977. 488 p.

  38. Rae W.H., Pope A. Low-speed Wind Tunnel Testing // Low-Speed Wind Tunnel Testing. 2nd ed. N.Y.: Jonh Wiley & Sons, 1984.

  39. Leontiev A.I., Zditovets A.G., Kiselev N.A., Vinogradov Y.A., Strongin M.M. Experimental Investigation of Energy (Temperature) Separation of a High-velocity Air Flow in a Cylindrical Channel with a Permeable Wall // Exp. Therm. Fluid Sci. 2019. V. 105.

  40. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергия, 1972. 344 с.

  41. Волчков Э.П., Лебедев В.П. Тепломассообмен в пристенных течениях. Учеб. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. 244 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал