Экспериментальное исследование конвективного теплообмена моделей одиночных и тандемно расположенных зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Мокшин, Дмитрий Ильич

• Мокшин, Дмитрий Ильич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Мокшин, Дмитрий Ильич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор экспериментальных работ по теплообмену плохообтекаемых тел

1.1.1 Поперечнообтекаемые пластины

1.1.2 Теплообмен от квадратных призм и цилиндра в поперечном потоке

1.1.3 Теплообмен от одиночного куба

1.1.4 Сопоставление данных по теплообмену плохообтекаемых тел

1.1.5 Теплообмен тандема плохообтекаемых тел

1.2 Выбор направления исследований и постановка задачи

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

2.1 Обоснование выбора форм и определяющего размера моделей зданий

2.2 Исследование структуры течения воздушного потока

2.2.1 Аэродинамический стенд для исследования структуры течения воздушного потока

2.2.2 Опытные модели для исследования структуры течения воздушного потока

2.2.3 Методика проведения экспериментов по исследованию структуры течения и визуализации

2.3 Исследование локальной и средней теплоотдачи

2.3.1 Аэродинамический стенд для исследования локальной

и средней теплоотдачи

2.3.2 Опытные модели для исследования теплоотдачи

2.3.3 Методика проведения экспериментов по изучению локальной теплоотдачи

2.3.4 Методика обработки результатов измерений локальной

и средней теплоотдачи

2.3.5 Анализ погрешностей измерений внешнего теплообмена

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООБМЕНА ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИХ МОДЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ВЫСОТЫ

3.1 Визуализация обтекания отдельно стоящих призм на плоскости

3.2 Локальный теплообмен отдельно стоящих призм различной относительной высоты

3.3 Средний по граням теплообмен отдельно стоящих призм разной высотности

3.3 Интегральный от всей поверхности теплообмен отдельно стоящих призм различной высоты

3.4 Выводы к разделу 3

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООБМЕНА ДВУХ ПРИЗМ, НАХОДЯЩИХСЯ В СЛЕДЕ

4.1 Визуализация обтекания двух призм при осевом их расположении

4.2 Локальный теплообмен призмы в следе

4.3 Средний по граням теплообмен призмы в следе

4.4 Интегральный от всей поверхности теплообмен призмы в

следе

4.5 Выводы к разделу 4

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООБМЕНА ДВУХ ПРИЗМ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИХ СМЕЩЕНИИ

5.1 Визуализация обтекания двух призм при не осевом их 120 расположении

5.2 Локальный теплообмен призмы со смещением

5.3 Средний по граням теплообмен призмы со смещением

5.4 Интегральный от всей поверхности теплообмен призмы со смещением

5.5 Выводы к разделу 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПРИЛОЖНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование конвективного теплообмена моделей одиночных и тандемно расположенных зданий»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена чрезмерным потреблением энергии как в процессе возведения, так и при эксплуатации зданий и сооружений в России, особенно в Сибирском регионе. В настоящее время жилые здания в средней полосе России расходуют на нужды отопления от 350 до 600

кВт.ч/м в год. В условиях Сибири и Крайнего Севера на отопление панельных

2 2 домов уходит около 1000 кВт.ч/м в год. Для сравнения: Германия - 260 кВт.ч/м

в год; высокоширотные государства Швеция, Финляндия, Норвегия - 120-135

Л

кВт.ч/м в год. Очевидно, что по этим показателям у нас серьезное отставание.

В решении проблем энергосбережения в строительном комплексе России, помимо увеличения термического сопротивления ограждающих конструкций вновь строящихся зданий и существующего жилого фонда, важную роль будет играть минимизация внешних тепловых потерь за счет оптимального расположения зданий относительно ветровых воздействий. Поэтому проведение измерений локальной и средней теплоотдачи к окружающему воздуху является необходимым этапом моделирования тепловых потерь зданий и сооружений. Для описания процессов теплообмена необходимы детальные исследования как структуры течения воздушного потока, так и характеристик конвективного теплообмена поверхностей зданий.

Анализ литературных источников свидетельствует о значительном прогрессе в данной области, достигнутом большим числом научных школ как в нашей стране, так и за рубежом. К ним можно отнести работы в области архитектурной аэродинамики и строительной теплофизики Лыкова A.B., Богословского В.Н., Гагарина В.Г. Исаева С.А., Гувернюка C.B., Гныри А.И., Злодеева A.B., Терехова В.И., Низовцева М.И., Табунщикова Ю.А., Ларичкина В.В., Саленко С.Д., Igarashi T., Richards P.J., Hoxey R.P., Martinuzzi R. J., Nakamura H. и др.

Обтекание одиночных зданий различной высотности, а также системы зданий при различной их планировке является сложной и многофакторной задачей. Образующаяся система отрывных потоков, взаимодействующих между со-

бой, создаёт значительные трудности при разработке численных моделей расчета аэродинамики и теплообмена. Это направление сейчас активно развивается и достигнут определенный прогресс для относительно простых и канонических пло-хообтекаемых тел: куб в пограничном слое, протяженная квадратная призма и некоторые другие ( Курбацкий А.Ф., Федорова H.H., Rodi W., Hanjalic К., Nikitin N., Saha A.K., Hussein HJ.). Поэтому основным инструментом изучения тепловых потерь является экспериментальное исследование на установках, моделирующих реальные условия ветрового воздействия на здания.

Цель работы заключается в экспериментальном изучении влияния формы здания, скорости и угла атаки воздушного потока, а также местоположения на локальный и интегральный турбулентный теплообмен как одиночных призм, так и при их тандемном расположении для уточнения расчетов ограждающих конструкций, связанных с изменением коэффициента теплоотдачи.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать экспериментальную установку, изготовить модели для исследования структуры течения воздушного потока и коэффициентов локального и среднего теплообмена.

2. Исследовать влияние формы модели, скорости и угла атаки воздушного потока на структуру вихреобразования и теплообмен одиночной призмы различной высоты.

3. Получить новые критериальные соотношения для расчета средних коэффициентов теплоотдачи от каждой грани и в целом от одиночных моделей здания различных форм при двух предельных углах атаки воздушного потока.

4. Исследовать вихреобразование, формирование отрывных зон и теплообмен тандема моделей зданий при расположении их как в следе друг за другом, так и со смещением на различные расстояния в трансверсальном направлении.

5. Установить зависимость изменения локального и среднего коэффициентов теплоотдачи моделей зданий призматической формы от их высоты, расположения на поверхности и числа Рейнольдса.

Объект исследования

Объектом исследования является локальный и средний коэффициент конвективной теплоотдачи.

Предмет исследования

Уточнение расчетов ограждающих конструкций зданий и сооружений, связанных с изменением коэффициента теплоотдачи.

Метод исследования

Для решения поставленных задач использовалось физическое моделирование на основе теории подобия.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются анализом погрешностей измерения, выполнением тестовых испытаний на определение тепловых потерь, проведением цикла сравнений с экспериментальными данными различных авторов.

Научная новизна:

- получены новые критериальные зависимости для расчета средних коэффициентов теплоотдачи от каждой грани и от всей поверхности одиночных моделей зданий различных форм при углах атаки воздушного потока ср = 0 и 45°, которые могут быть использованы при расчетах теплового состояния ограждающих конструкций.

- впервые показано, что величина интегрального теплообмена от всей поверхности модели снижается при увеличении относительной высоты призмы Н/а от 1 до 12 (приближение двумерного обтекания);

- изучены структура течения и теплообмен тандема моделей зданий и сооружений при расположении их в следе друг за другом, а также со смещением в поперечном направлении. Показано существенное различие в характере обтекания и распределении локальной и средней теплоотдачи наружной поверхности тандема моделей зданий при изменении расстояний между ними Ll/a - (Ноо и L2/a = 0-2,0;

-обнаружено, что при уменьшении расстояния между моделями Ll/a, в отличие от тел кубической формы (Н/а = 1,0), между высокими призмами (Н/а = 6,0) практически отсутствует застойная зона, воздушный поток подвергается «поджатию», скорость ветра увеличивается, усиливаются вихреобразования и отрывные течения, что приводит к интенсификации теплообмена.

- установлена зависимость изменения локального и среднего коэффициентов теплоотдачи от взаимного расположения моделей на плоскости при изменении расстояний в продольном (расположение моделей в следе) L\/a и поперечном (со смещением) L2/a направлениях между моделями.

Основные положения, выносимые на защиту

-методика экспериментального исследования теплообменных процессов моделей зданий и сооружений;

- результаты лабораторных исследований структуры течения и теплообмена одиночных моделей зданий различной высотности (Н/а =1,3, 6);

-результаты исследований теплообмена моделей зданий призматической формы в зависимости от их взаимного расположения на плоскости.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты исследований, представленные в виде корреляционных соотношений могут быть использованы в расчетах внешнего теплообмена ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также для теплозащиты бетона при монолитном домостроении в зимних условиях. Результаты работы прошли апробацию в ООО «Проектно-конструкторское бюро ТДСК» (г. Томск), в ФГБУН Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск), в ООО «Полимер-С» (г. Томск), в ОАО «Монолит» (г. Томск).

Полученная база экспериментальных данных может быть использована в инженерных расчетах тепломассообмена тел прямоугольной формы во многих технологических процессах: при сушке кирпича, охлаждении электроники и т. д.

Разработанные программы для ЭВМ № 2013616003 и № 2013619013 используются для обучения магистрантов по направлению 270800 «Строительство» по программе 27080003 «Комплексные экспериментальные исследования аэродинамики и теплообмена моделей зданий и сооружений» в ФГБОУ ВПО ТГАСУ.

Результаты кандидатской диссертации по теме «Экспериментальное исследование конвективного теплообмена моделей одиночных и тандемно располо-

женных зданий» внедрены в учебный процесс при выполнении курсовых проектов и раздела «Архитектурно-планировочные решения» в рамках дипломного проекта по кафедре «Архитектура промышленных и гражданских зданий» ФГБОУ ВПО ТГАСУ при выполнении теплотехнических расчетов ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Личный вклад

Личный вклад автора заключается в создании экспериментального стенда и 12 рабочих участков для визуализационных и тепловых исследований, системы сбора и обработки опытной информации. Автором самостоятельно проведены: систематические экспериментальные исследования, обработка и обобщение полученной информации, оформление публикаций по результатам исследований. Соавторам работ (Гныря А.И., Коробков C.B. и Терехов В.И.) принадлежит постановка задач исследования, обсуждение результатов и участие в написании статей и докладов.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях:

57-я, 58-я, 59-я, 60-я, 61-я конференции студентов и молодых ученых ТГАСУ (г. Томск, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015); XIII, IX, X, XI Международные конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2011, 2012, 2013, 2014); «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г. Москва, 2011); XXIII семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям с международным участием (г. Томск, 2012); I, II Конференции «Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных зданий»

(г. Новосибирск, 2013, 2015); VI Всероссийская конференция «Актуальные вопросы строительства» (г. Новосибирск, 2013); Международный семинар: «Распространение устойчивых технологий в строительстве. Совместный российско-немецкий проект» (г. Томск, 2013); XII Международная конференция «Приоритетные научные направления: от теории к практике» (г. Новосибирск, 2014); Международная конференция «Наука третьего тысячелетия» (г. Уфа, 2014); XXXI Международная конференция «Наука и современность - 2014» (г. Новосибирск, 2014); Международная конференция молодых ученых «Перспективные материалы в науке и технике» (г. Томск, 2014); I Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (г. Томск, 2014); Всероссийская конференция «XXXI Теплофизический семинар, посвященный 100-летию со дня рождения академика С.С. Кутателадзе» (г. Новосибирск, 2014); V международная научно-практической конференция «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (North Charleston, USA, 2015).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 35 работ в научных журналах, сборниках и трудах конференций, из них 3 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК. Получено 2 патента на полезную модель и 2 программы для ЭВМ.

Работа выполнялась в рамках:

1. Проект РФФИ № 09-08-00523-а «Комплексные экспериментальные исследования аэродинамики и теплообмена зданий и сооружений», 2009-2011 гг.

2. Г/к №353/3305н «Разработка и совершенствование энергосберегающих технологий бетонных работ в зимних условиях», 2013 г.

3. Проект РФФИ № 13-08-00505-а «Аэромеханика и теплообмен моделей системы зданий при вариации их формы и расположения», 2013-2015 гг.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 125 наименований. Работа изложена на 158 страницах основного текста, иллюстрируется 88 рисунками и 4 таблицами.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, её научная и практическая значимость, новизна работы, сформулированы задачи исследования, дано краткое содержание диссертации.

В первой главе дан анализ работ, посвящённых изучению теплообмена плохообтекаемых тел отечественными и зарубежными авторами. Проведено сопоставление имеющихся в литературе данных по теплообмену плохообтекаемых тел. На основании существующих работ представлено современное состояние вопроса по изучению характеристик течения и теплообмена в окрестности плохообтекаемых тел, имеющих типичную форму зданий.

Во второй главе описывается методика проведения экспериментов и обработки результатов измерений локального и среднего коэффициентов конвективной теплоотдачи зданий и сооружений в зависимости от физических и климатических условий, а также конструктивно-технологических параметров с использованием метода физического моделирования на основе теории подобия. Представлено обоснование выбора форм и определяющего размера моделей зданий. Дано подробное описание экспериментального стенда для проведения исследований. Произведен анализ погрешностей измерений локальной и средней теплоотдачи.

Третья глава посвящена исследованию и анализу результатов визуализаци-онных и тепловых измерений теплообмена одиночной призмы, установленной на плоскости, при изменении её относительной высоты (Н/а - 1; 3; 6).

Приведены качественные картины симметричного обтекания призмы воздушным потоком при двух крайних углах атаки воздушного потока ср = 0 и 45°, а также представлены графики распределения локального коэффициента теплообмена по высоте и ширине модели различной высоты Н!а.

Представлены значения коэффициентов С1 и С2 в эмпирических

С2

корреляциях Nu = С1 Re для расчета средних коэффициентов теплоотдачи от каждой грани и в целом от одиночной модели здания различной высоты (Н/а = 1, 3, 6) при двух углах атаки воздушного потока ф = 0 и 45°.

Четвертая глава посвящена анализу результатов исследования аэродинамической структуры отрывных потоков и теплообмена тандемно расположенных призм при изменении расстояния между ними в продольном направлении Ll/a относительно движения воздушного потока.

Приведена визуализация обтекания двух призм, находящихся в следе, воздушным потоком при двух крайних углах его атаки (р = 0 и 45°. Здесь же представлены графики распределения локального и среднего коэффициентов теплообмена по модели, находящейся в следе ниже по течению.

Описана зависимость изменения коэффициентов теплообмена модели, находящейся в следе ниже по течению, от взаимного расположения моделей на плоскости при изменении расстояния Ll/a между моделями.

Пятая глава посвящена анализу результатов визуализационных наблюдений и измерений теплообмена тандема призм при изменении расстояния между ними в поперечном направлении L2/a относительно движения воздушного потока.

Приведена визуализация обтекания двух призм, со смещением одной от продольной оси канала, воздушным потоком при угле его атаки ср = 0°. Представлены графики распределения локального и среднего коэффициентов теплообмена по модели, находящейся ниже по течению со смещением.

Описана зависимость изменения коэффициентов теплообмена модели, находящейся ниже по течению со смещением, от взаимного расположения моделей на плоскости при изменении смещения L2/a между моделями.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам работы.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Энергоресурсосбережение является одной из наиболее серьезных задач XXI века. Требуемые для развития энергоресурсы можно получить не только за счет увеличения добычи сырья в труднодоступных районах и строительства новых энергообъектов, но и уменьшением затрат за счёт энергосбережения. Одним из актуальных направлений энергосбережения является разработка норм теплопо-требления производственными и жилыми зданиями и сооружениями.

В настоящее время разработанные нормы [39, 40, 52] не учитывают размещение здания (ландшафтные особенности, присутствие соседних зданий и т. д.), особенности климата (реальную температуру окружающего воздуха, направление ветра, влияние солнечного излучения и т. д.), особенности изменения температуры в течение суток.

Целью энергетических исследований является получение технически обоснованных норм на тепловые потери через ограждающие конструкции. Для этого необходимо создать физические модели зданий и сооружений и провести ряд экспериментов в аэродинамических трубах.

Как правило, исследование тепловых потерь здания с учетом реальных условий или особенностей климата в отопительный период дает богатую информацию о потенциале энергосбережения. Эта методика позволит получать технически обоснованные нормы тепловых потерь для любого здания.

Однако на этапе проектирования новых зданий только использование результатов физического моделирования дает возможность получить технически обоснованные нормы расхода тепловой энергии на отопление для любого здания.

Результаты исследований, представленные в виде корреляционных соотношений, могут быть использованы в инженерных и проектировочных расчетах внешнего теплообмена ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также для теплозащиты бетона при монолитном домостроении в зимних условиях. Поэтому обобщение имеющихся данных и выявление общих закономерностей теплообмена представляют одну из наиболее актуальных задач современной фундамен-

тальной науки, и она входит в число приоритетных направлений развития науки технологий в РФ и в перечень критических технологий.

1.1 Обзор экспериментальных работ по теплообмену плохообтекаемых тел

Теплообмен зданий и сооружений, а также строительных конструкций с окружающей средой происходит как за счет конвекции, так и лучеиспускания [35, 36]. Интенсивность конвективного теплообмена зависит в основном от скорости воздушного потока окружающей среды Uq, а лучеиспускание - от разности температур наружного воздуха и на поверхности конструкций [25, 28, 43].

В реальных условиях здания и сооружения находятся, как правило, в окружении достаточно близко расположенных, геометрически подобных объектов. Наличие окружающих тел приводит в исследуемом объекте к изменению аэродинамической картины обтекания [13, 22, 24] и перестройке распределения коэффициентов теплоотдачи. Особенно сильное влияние, как это следует из литературных источников, наблюдается в том случае, когда испытуемое тело располагается в аэродинамическом следе от впередистоящего по потоку препятствия [74, 100].

Результаты натурных наблюдений дают наиболее полное представление о распределении локальной и средней теплоотдачи зданий и сооружений. Однако натурные эксперименты, в силу их дороговизны и сложности их организации, могут использоваться в исключительных случаях.

За последнее десятилетие значительно возросло количество расчётных работ по данной тематике на специальных универсальных пакетах прикладных программ: CFX, VP2/3, FLUENT, o-Flow, Flowvision, StarCD и др. [21, 23, 72, 82, 87]. В настоящее время здесь достигнут значительный прогресс. Однако сложный трехмерный характер отрывных потоков и особенно процесс их интерференции при обтекании системы преград существенно снижают возможности методов численного моделирования.

В связи с перечисленными трудностями исследований отрывных течений и теплообмена наиболее доступным, информативным и достоверным является метод физического моделирования. В литературе имеется достаточное число экспериментальных исследований, посвященных изучению структуры течения и теплообмена плохообтекаемых тел, таких как кубы [46, 106, 108-110, 113, 125], пластины ограниченных размеров, ориентированные под различными углами к потоку [38, 41], цилиндр [15] и квадратные призмы [1, 16, 30, 53, 83, 120].

Работ, направленных на изучение структуры течения и теплообмена от наличия преград и уступов не так много [47, 49-51, 119]. Большинство имеющихся работ [61, 62, 67, 70, 98, 101, 105, 116-118] посвящены изучению среднего теплообмена и не дают информации о локальных значениях коэффициента теплоотдачи ак.

Работ, посвященных непосредственно изучению влияния изменения расстояния между двумя прямоугольными телами, расположенными на плоскости, в литературе существенно меньше [94, 104, 8, 100], однако детальных исследований не проводилось. В то же время интерес к задаче о взаимном влиянии двух (или нескольких) поперечно обтекаемых тел возник достаточно давно и связан он, прежде всего с течением в многорядных трубных теплообменниках [17]. Подробное исследование теплообмена системы из двух цилиндров в поперечном течении потока приведено в работах [91-95]. В работах [102-104] методом инфракрасной термографии изучались эффекты взаимного влияния цепочки из шести кубиков, расположенных на плоскости. Выявление характера влияния взаимного расположения на поверхности прямоугольных брусков представлено в работах [60, 69, 71, 81, 89].

Полученные рядом авторов критериальные зависимости не учитывают изменение коэффициента теплоотдачи от таких важных факторов, как форма модели, определяющий размер и местоположение, ограничиваясь при этом лишь углом атаки и скоростью воздушного потока. Эти результаты имеют ограниченный характер и не отражают в полной мере физику взаимодействия модели с потоком воздуха при вынужденной конвекции.

Недостаток информации о влиянии вышеперечисленных параметров явился основанием для проведения экспериментального исследования.

Перейдем к подробному анализу экспериментальных работ, посвященных изучению теплообмена плохообтекаемых тел.

Большое значение для понимания механизма тепло- и массообменных процессов плохообтекаемых тел имеет исследование закономерностей теплопереноса для более простых типов отрывных течений. К таковым относится обтекание квадратных и прямоугольных пластин [41, 53], расположенных под разными углами атаки и рыскания к набегающему потоку. Воспользоваться этими результатами для описания теплоотдачи от тел в виде призм затруднительно, тем не менее, они дают возможность сделать ряд заключений, позволяющих более детально проанализировать картину формирования отрывных потоков.

Работы [42] и [53] посвящены изучению теплообмена при вынужденной конвекции около тела прямоугольного сечения.

Целью работ являлось определения характеристик теплообмена при постоянной температуре на верхней поверхности модели прямоугольного сечения.

На рисунке 1.1 показана схема расположения модели в потоке воздуха.

1.1.1 Поперечнообтекаемые пластины

а

и0

Рисунок 1.1— Схема расположения модели прямоугольного тела в потоке воздуха

Исследуемая модель имела длину С = 203 мм и отношение длины к толщине CIH- 6. Измерения проводились в низкоскоростной аэродинамической трубе с рабочим участком длиной 1676 мм и квадратным поперечном сечением со стороной 775 мм. За исключением медных нагревательных поверхностей, модель была изготовлена из плексигласа.

Результаты получены для угла рыскания а = 0-50° и скоростей набегающего потока Uq = 9,1; 15,2 и 21,3 м/с. Наименьшее число Рейнольдса (Re), вычисленное по длине, равно 1,2-102, а наибольшее - 1,6-104.

В работе с целью исследования характеристик течения потока была проведена дымовая визуализация.

Устанавливалась зависимость квазилокального (т. е. среднего для нагревателей, расположенных на 1/4 хорды) числа Стантона (Sto) от положения по длине плиты при углах рыскания а = 0-50° и скоростях Uq = 9,1 и 15,2 м/с.

Число Sto подсчитывалось по скорости потока перед моделью:

St0 = Nu/(RePr) = a,/(Cp-p-U0) (1.1)

где а,-локальный коэффициент теплоотдачи; Ср - теплоемкость воздуха;

р - плотность воздуха; Uq — скорость воздушного потока и число Рг = 0,72.

В работе указывалось, что при угле а = 0° точка присоединения потока размещается на расстоянии, равном 0,67С, и число Стантона (Sto) в зоне отрыва от передней кромки до точки присоединения увеличивается. Отрыв на верхней поверхности прекращается для а = 20-30°. Обтекание верхней поверхности при а > 30° обнаруживает перемещение критической точки вдоль этой поверхности. Для всех а < 20° течение было турбулентным, а для всех а > 30° - ламинарным.

В диапазоне угла рыскания 20-30° течение в основном было ламинарным, но иногда появлялись турбулентные колебания сигнала. Авторами был сделан вывод, что образование зоны отрыва вызывает турбулизацию потока за пластиной, однако если зона отрыва отсутствует, то благодаря сильному ускорению основного потока ламинарный режим в пограничном слое будет сохраняться. Это ускорение потока вызывает усиление теплообмена при а > 10°. В диапазоне угла

рыскания а = 2(Н-30° зона отрыва отсутствовала при скорости потока Щ = 9,1 м/с, но она существовала при скорости 15,2 м/с.

Из работ [42, 53] можно сделать следующие выводы:

1. На верхней поверхности прямоугольного тела с С/Н = 6 имеется зона отрыва, если угол рыскания не превышает 20°; за зоной присоединения существует турбулентное течение. При а > 30° зона отрыва отсутствует, а течение над верхней поверхностью ламинарное, причем с ростом а критическая точка слегка смещается от передней кромки вниз по потоку.

2. Колеблющийся след за моделью вызывает колебания скорости набегающего потока вблизи тела вследствие значительного увеличения кажущейся интенсивности турбулентного набегающего потока. При этом течение в пограничном слое остается ламинарным.

3. В зоне отрыва локальный коэффициент теплоотдачи возрастает с увеличением координаты вдоль хорды и достигает максимума вблизи точки присоединения.

4. Изменение коэффициента теплоотдачи при некоторой конкретной скорости потока следует за изменением общей интенсивности турбулентности набегающего потока.

Применительно к солнечным батареям теплообмен в условиях вынужденной конвекции на квадратной пластине, установленной под углами атаки ср и рыскания а во всем диапазоне числа Рейнольдса (Яе), был исследован в работе [41].

На рисунке 1.2 показана геометрическая схема модели кв. пластины.

Рисунок 1.2 - Геометрическая схема модели квадратной пластины

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мокшин, Дмитрий Ильич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алимпиев А.И., Арбеньев A.C., Гныря А.И., Мамонов В.Н. Теплообмен при поперечном обтекании квадратной призмы, имеющей гладкую и оребренную поверхность // Изв. СО РАН СССР, сер. техн. наук. -1979. -№ 13. -Вып. 3. -С. 35-39.

2. Андрюшенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов: -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1975. -264 с.

3. Архипов В.А. Основы теории инженерно-физического / В.А. Архипов, А.П. Березиков. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. -206 с.

4. Богатко Т.В., Терехов В.И., Халатов A.A. Структура течения и теплообмен при турбулентном обтекании одиночных преград различной формы в трубе // Тепловые процессы в технике -2012. -№ 4. -С. 146-155.

5. Богатко Т.В., Терехов В.И. Влияние тепловой предыстории на турбулентное отрывное течение при внезапном расширении трубы // Теплофизика и аэромеханика. -2011. -Т. 18. -№ 2. -С. 225-232.

6. Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н., Орлова Н.В., Орлов А.Ю. Основы теории и техники физического моделирования и эксперимента. -Тамбов, 2014. -77 с.

7. Гныря А.И., Злодеев A.B., Рачковский Ю.П., Шешуков А.П. Остывание и набор прочности бетона из разогретой смеси. -Томск: Изд-во ТГУ, 1984. -232 с.

8. Гныря А.И., Терехов В.И., Коробков C.B. Результаты визуализации течения воздушного потока вдоль ряда из двух кубов, расположенных на плоскости друг за другом // Вестник ТГАСУ. -2009. -№ 3. -С. 117-124.

9. Гныря А.И., Терехов В.И., Коробков C.B. Результаты визуализации течения воздушного потока вдоль одиночного куба, установленного на плоскости // Вестник ТГАСУ. -2009. -№ 4. -С. 170-178.

10. Гныря А.И. Теплозащита бетона монолитных конструкций в зимнее время: дис. ... докт. техн. наук. -Томск, 1992. -65 с.

П.Гныря А.И., Злодеев A.B., Иванов П.Е. Теплообмен металлической опалубки бетонных конструкций с внешней средой // Совершенствование строительного производства. -Томск: Изд-во ТГУ, 1981. -С. 63-75.

12. Головинцов А.Г., Юдаев Б.Н., Федотов Е.И. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.: Машиностроение, 1970. -295 с.

13. Гувернюк С.В., Егорычев О.О., Исаев С.А., Корнев Н.В., Подцаева О.И. Численное и физическое моделирование ветрового воздействия на группу высотных зданий // Научно-технический журнал. Вестник МГСУ. -2011. -Т. 1. -№ 3. -С. 185-191.

14. Джунхан Г.Х., Серови Т.К., Влияние турбулентности и градиента давления набегающего потока на профили скоростей в пограничном слое на плоской пластине и на теплопередачу // Теплопередача. Серия С. -1967. -Т. 89. -№2. -С. 58-68.

15. Жукаускас A.A., Жюгжда И. Теплоотдача цилиндра в поперечном потоке жидкости. -Вильнюс: Мокслас, 1979. -240 с.

16. Жукаускас A.A., Лейзерон А.Н. Теплоотдача прямоугольного стержня в потоке жидкости // Труды АН ЛитССР, сер. Б. -1967. -Т. 4 (51). -С. 95-109.

17. Жукаускас A.A. Конвективный перенос в теплообменниках. -М., 1982.

-381 с.

18. Зейдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. - Л.: Наука, 1985,- 112 с.

19. Зигель Р., Хауэл Дж. Теплообмен излучением. - М.: Мир, 1975. - 935 с.

20. Злодеев A.B., Гныря А.И. Теплообмен при твердении бетонных строительных конструкций: дис. ... канд. техн. наук. -Новосибирск, 1982. -214 с.

21. Исаев С.А., Лысенко Д.А. Расчет нестационарного обтекания кубика на стенке узкого канала с помощью URANS и модели турбулентности Спаларта-Аллмараса // ИФЖ. -2009. -Т. 83. -№ 3. -С. 492^199.

22. Исаев С.А., Белоусова Л.Ю., Баранов П.А. Численный анализ ветрового режима в окрестности аэропорта Пулково // Инженерно-физический журнал. -1999. -Т. 72. -№ 4. -С. 672-678.

23. Исаев С.А., Ватин Н.И., Баранов П.А., Судаков А.Г., Усачов А.Е., Егоров В.В. Разработка и верификация многоблочных технологий для решения нестационарных задач строительной аэродинамики высотных зданий в рамках подхода URANS // Инженерно-строительный журнал. -2013. -№ 1. -С. 103-109.

24. Исаев С.А., Баранов А.П, Жукова Ю.В., Терешкин A.A., Усачов А.Е. Моделирование ветрового воздействия на ансамбль высотных зданий с помощью многоблочных вычислительных технологий // Инженерно-физический журнал. -2014. -Т. 87. -№ 1. -С. 107-118.

25. Исаев С.И., Кожинов И.А.Дофанов В.И. Теория тепломассообмена / под ред. А.И. Леонтьева. -М.: Высш. школа, 1979. -^495 с.

26. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. -М.: Энергия, 1975. -488 с.

27. Коробков C.B., Мокшин Д.И. Расчет локального коэффициента конвективной теплоотдачи моделей зданий в виде квадратных призм: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013616003. Российская федерация; правообладатель Том. гос. архит.-строит, ун-т. - заявл. 07.05.2013; опубл. 20.09.2013, Бюл. № 3.

28. Крутов В.И. Техническая термодинамика. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1991.-385 с.

29. Крюкова М.Г. Интенсивность теплообмена газа с твердыми частицами // Энергетическое использование топлива: сб. статей. -М.: Изд-во АН СССР, 1960. -С. 215-230.

30. Кудряшов Л.Н., Введенская Л.А. К вопросу определения влияния свободного движения на коэффициент теплообмена при вынужденном обтекании тел // Теплотехника. -Куйбышев. -1959. -Вып. VIII. -С. 131-144.

31. Лыков A.B. Теоретические основы строительной теплофизики. -Минск: Изд-во АН БССР, 1961. -519 с.

32. Лыков, A.B. Тепломассообмен: справочник / A.B. Лыков. —2-е изд. -М.: Энергия, 1978. -^80 с.

33. Мак-Адаме В.Х. Теплопередача: [пер. с англ.]. -М.: Металлургиздат, 1961.-686 с.

34. Михеев М.А., Михева И.М. Основы теплопередачи. -Изд. 2-е, стереотип. М.: Энергия, 1977. -550 с.

35. Недужий И.А., Алабовский А.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. -2-е изд., перераб. и доп. -Киев: Вища школа, 1981. -248 с.

36. Нестеренко A.B.. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. -3-е изд., доп. -М.: Высш. шк., 1971. -459 с.

37. Ота, Кон. Теплообмен в области отрыва и последующего присоединения течения при обтекании плоской пластины с затупленной передней кромкой // Теплопередача. -1974. -№ 4. -С. 29.

38. Ота, Итасака. Отрыв и присоединение потока на плоской пластине с затупленной передней кромкой // Теор. основы инж. расчетов. -1976. —№ 2. -С. 321.

39. СНиП 23.02.2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. -М.: Стройиздат, 2011.-81 с.

40. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. -М.: Стройиздат, 2004. -144 с.

41. Спэрроу Е., Тьен К. Теплообмен в условиях вынужденной конвекции на квадратной пластине, установленной под углами атаки и рыскания // Теплопередача. -1977. -№ 4. -С. 1-7.

42. Сэм, Лессман, Тест. Экспериментальное исследование обтекателя прямоугольного тела // Теоретические основы инженерных расчетов. -1979. —№ 4. -С. 147.

43. Хазен М.М, Матвеев Г.А., Грицевский М.Е., Казакевич Ф.П. Теплотехника / под. ред. Г.А. Матвеева. -М.: Высш. школа, 1981. —480 с.

44. Терехов В.И., Гныря А.И., Коробков C.B. Вихревая картина турбулентного обтекания и теплообмен одиночного куба на плоской поверхности при различных углах атаки // Теплофизика и аэромеханика. -2010. -Т. 17. № 4. -С. 521-533.

45. Терехов В.И., Гныря А.И., Коробков C.B. Моделирование теплопотерь от монолитных конструкций кубической формы // Вестник ТГАСУ. —2000. -№ 1. -С. 204-213.

46. Терехов В.И., Гныря А.И., Коробков C.B. Конвективный теплообмен куба, установленного на плоскости под различными углами атаки // Тр. ММФ-IV. -Минск: Изд-во ИТМО НАНБ, -2000. -Т. 1. -С. 24-27.

47. Терехов В.И., Смульский Я.И., Шаров К.А. Интерференция отрывных потоков за обратным уступом при наличии пассивного управления // Письма в Журн. техн. физики. -2012. -Т. 38 -Вып. 3. -С. 46-53.

48. Терехов В.И. Структура течения и теплообмен от тел кубической формы, расположенных на плоской поверхности // Тр. XV школы-семинара под рук. акад. А.И. Леонтьева. -Калуга: Изд-во МЭИ, -2005. -Т. 2. -С. 201-207.

49. Терехов В.И. Тепломассообмен на проницаемых поверхностях при наличии фазовых и химических превращений // Препр. АН СССР: СО Институт теплофизики. -1990. -№ 222. -38с.

50. Терехов В.И., Ярыгина Н.И., Жданов Р.Ф. Теплообмен за обратным уступом в потоке с генерируемой турбулентностью // Теплофизика и аэромеханика. -1998. -Т. 5. -№ 3. -С. 377-385.

51. Терехов В.И., Ярыгина Н.И. Законы теплообмена в обтекаемых турбулентным потоком траншеях // Промышленная теплотехника. -1997. -Т. 19. -№4-5.-С. 127-130.

52. ТСН 23-316-2000 Тепловая защита жилых и общественных зданий. Томская область / Госстрой России. -М.: Стройиздат, 2000. -23 с.

53. Тест, Лессман. Экспериментальное исследование теплообмена при вынужденной конвекции около тела прямоугольного сечения // Теплопередача. -1980. -Т. 102. -№ 1. -С. 164-171.

54. Уайт, Лессман, Кристоф. Определение коэффициентов теплопередачи и поверхностного трения в турбулентном пограничном слое // Ракетная техника и космонавтика. -М.: Мир. -1973. -№ 7. -С. 181.

55. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. -М.: Атомиздат, 1979. -212 с.

56. Федоров В.К., Литинский Э.М., Шантырь Г.В. Теплообмен при поперечном обтекании квадратной призмы газовым потоком // Строительная теплофизика. -М.; -Л.: Энергия, 1966. -С. 154-161.

57. Филетти, Кейс. Теплообмен в областях отрыва, присоединения течения и развития потока за двойным уступом на входе в плоский канал // Теплопередача. -1967. -Т.89. -№ 2. -С. 51-57.

58. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. -2-е изд., испр. и доп. -М.: Издательство МЭИ, 2005. -550 с.

59. Яноши JI. Теория и практика обработки результатов измерений. -М.: Мир, 1968. -462 с.

60. Aliaga D.A., Lamb J.P., Klein D.E.. Convective heat transfer distribution over plates with square ribs from infrared thermography measurements // Int. J. of Heat and Mass Transfer. -1994. -№ 37(3). -P. 363-374.

61. Anderson A.M., Moffat R.J. The adiabatic heat transfer coefficient and the superposition Kernel function: part I - data for arrays of flat packs for different flow condition // J. of Electronic Packaging. -1991. -V. 114. -P. 14-21.

62. Anderson A.M., Moffat R.J. Convective heat transfer from arrays of modules with non-uniform heating: experiments and models // Ph. D. thesis. Report no. HMT-43, 1990.

63. Baker C.J. Turbulent horseshoe vortex // J. Wind Engng Ind. Aero. -1980. -№ 6. -P. 9-23.

64. Bearman P.W. and Obasaju E.D. An experimental study of preassure fluctuations on fixed and oscillating square-section sylinders // J. Fluid Mech. -1982. -№ 119.-P. 297-321.

65. Blair M.F. Heat transfer in the vicinity of a large scale obstruction in a turbulent boundary layer // J. Propulsion. -1985. -№ 1. -P. 158-160.

66. Buyuktur A.R., Kestin J., Maeder P.F. Influence of combined pressure gradient and turbulence on the transfer of heat from a plate // Int. J. of Heat and Mass Transfer. -1964. -V. 7. -P. 1175-1186.

67. Castro I.P., Robins A.G. The flow around a surface-mounted cube in uniform and turbulent streams // J. Fluid Mech. -1977. -V. 79. -P. 307-335.

68. Castro I., Epik E. Boundary layer development after a separated region // J. Fluid Mechan. -1998. -V. 374. -P. 91-116.

69. Chen Y.-M., Wang K.-C. Experimental study on the forced convective flow in a channel with heat blocks in tandem // Exper. Thermal and Fluid Science. -1998. -V. 16. -P. 286-298.

70. Chyu M.K., Natarajan V. Local heat/ mass transfer distributions on surface of a wall-mounted cube // ASME J. of Heat Transfer. -1991. -V. 113. -P. 851-857.

71.Davalath J., Bayazitoglu Y. Forced convection cooling across rectangular blocks // J. Heat Transfer. -1987. -V.109. -P. 321-328.

72. Defraeye T., Blocken B., Carmeliet J. CFD analysis of convective heat transfer at the surface of a cube immersed in a turbulent boundary layer // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. -2010. -V. 53. -P. 297-308.

73. Duffie J.A., Beckman W.A. Solar energy thermal processes. -Wiley, New York, 1974. -83 p.

74. Durst F., Founti M., Obi S. Experimental and computational investigation of the two-dimensional chennel flow over fences in tandem // ASME J. of Fluid Eng. -1988.-V. 105.-P. 48-54.

75. Dyachenko A.Yu., Terekhov V.I., Yarygina N.I. Vortex formation and heat transfer in turbulent flow past a transverse cavity with inclined frontal and rear walls // Inter. J. Heat Mass Transfer. -2008. -V. 51. -No. 13-14. -P. 3275-3286.

76. Dyban E.P., Epik E.Y. Heat transfer in a boundary layer in turbulized air flow // Proceedings of the Sixth International Heat Transfer Conference. -Toronto, Canada, -1978. -V. 2. -P. 507-512.

77. Goldstein R.J., Yoo S.Y., Chung M.K. Convective mass transfer from a square cylinder and its base plate // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1990. -V. 33. -№ 11.-P. 9-18.

78. Goldstein R.J., Kami J. The effect of a wall boundary layer on local mass transfer from a cylinder in cross flow // J. Heat Transfer. -1984. -№ 106. -P. 260-267.

79. Goldstein R.J., Chyn M.K., Hain R.C. Measurement of local mass transfer on a surface in the region of the base of a protruding cylinder with a computer controller date acquisition system // Int. J. Heat Mass Transfer. -1985. -№ 28. -P. 977-985.

80. Hilpert R. Warmeabgabe von geheizten drahten und rohrem im luftstrom // Gebite Ingenieurw. -1933. -No. 4-5. -P. 215-224.

81. Hsieh S.S., Huang D.Y. Numerical computation of laminar separated forced convection on surfaced-mounted ribs // Numerical Heat Transfer. -1987. -V.12. -P. 335-348.

82. Iaccarino G., Durbin P. Unsteady 3D RANS Simulations using the V2-f model // Center for Turbulence Res., Annual Res. Briefs, 2000. -P. 263-269.

83. Igarashi T. Local heat transfer from a square prism to an air stream // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1986. -V. 29. № 5. -P. 777-784.

84. Igarashi T. Characteristics of the flow around a square prism // Bulletin of of the JSMS. -1984. -V. 27. -Do. 231. -P. 1858-1865.

85. Igarashi T., Hirata M., Nishiwaki N. Heat transfer in separated flow: Part 1. Experiments on local heat transfer from the rear of a flat plate inclined to an air stream // Heat Transfer. -1975. -Jap. Res. 4-1. -P. 11-32.

86. Igarashi T. Heat transfer a square prism to an air stream // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1985. -V. 28. -№ 1. -P. 175-181.

87. Isaev S.A., Vatin N.I.. Lebiga V.A., Zinoviev V.N. Chang K.-C., Miau J.-J. Problem and methods of numerical and experimental investigation of high rise constructions aerodynamics in the coastal region "see-land" // Magazine of Civil Engineering. -2013. -№ 2. -P. 54-61.

88. Jakob M. Heat transfer. -New York, 1949. -V. 1. -P. 562.

89. Jones W.P., Launder B.E. The calculation of low-Reinolds-number phenomena with a two-equation model of turbulence // Int. J. Heat Mass Transfer. -1973. -V. 16.-P. 1119-1130.

90. Jordan R.C., Liu B.Y.H. Application of solar energy for heating and cooling of building // American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. -New York, Chapter VII, 1977.

91. Kestin J. The effect of free-stream turbulence on heated transfer rates // Advances in Heat Transfer. Edited by T.E. Irvine, Jr. and J.P. Hartnett. -Academic Press. New York, London. -1966. -V. 3.

92. Kostic Z.G., Oka S.N. Fluid flow and heat transfer with two cylinders in cross flow // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1972. -V. 15. -№ 2. -P. 279-299.

93. Kostic Z.G., Oka S.N. Fluid flow and convection heat transfer in boundary layer on smooth, cylindrical surface of a tube in a tube bank in cross flow // Int. Summer School. Heat and Mass Transfer in Turb. Boundary layer. -Hercer Novi, Yugoslavia, 1968.

94. Kostic Z.G. Heat and mass transfer from two cylinders in cross flow of the incompressible fluid // M.S. Thesis Faculty of Technology, University of Beograd. -Yugoslavia, march 1970.

95. Kostic Z.G. Heat transfer from a cylinder in turbulent wake of a preceding cylinder // Intern, seminar Heat and Mass Transfer in flows with Separated Regions Herced-Novi, 1-13, September, 1969.

96. Kottke V., Blenke H., Schmidt K.G. The influence of nose section and turbulence intensity on the flow around thick plates in parallel flow // Warme- and Stof-fubertragung. -1977. -V. 10.-P. 159-174.

97. Kottke V., Blenke H., Schmidt K.G.. Determination of the local and average mass transfer on thick plates in parallel flow with flow separation and reattachment // Warme- and Stoffubertragung. -1977. -V. 10. -P. 217.

98. Lakehol D., Rodi W. Calculation of the flow past a surface - mounted cube with two-layer turbulence model // J. of Wind Engineer and Industr. Aerodynamical. -1997. -V. 67-68. -P. 65-78.

99. Lee B.E. The effect of turbulence on the surface preassure field of a square prism // J. Fluid Mech. -1975. -№ 69. -P. 263-282.

100. Meinders E.R., Hanjalic K. Experimental study of the convective heat transfer from in-line and staggered configurations of two wall-mounted cubes // Inter. J. Heat and Mass Transfer. -2002. -V. 45. -P. 465^182.

101. Meinders E.R., Hanjalic K., Martinuzzi R.J. Experimental study of the local convection heat transfer from a wall-mounted cube in turbulent channel flow // Trans. ASME, J. of Heat Transfer. -1999. -V. 121. -P. 564-573.

102. Meinders E.R., Kempen G.P. van, Vliet L.J. van, Meer T.H. van der. Accurate infrared surface temperature measurements of small cubes using image restoration and in situ calibration, submitted for bublication consideration. -1997.

103. Meinders E.R., Meer T.H. van der, Hanjalic K., Lasance C.J.M. Aplication of infrared thermography to the evalution of local convective heat transfer on arrays of cubical protrusion // Int. J. of Heat and Fluid Flow. -1996. -V.18(l). -P. 152-159.

104. Meinders E.R., Meer T.N. van der, Hanjalic K. Local convective heat transfer from an array of wall-mounted cubes // Int. J. Heat Mass Transfer. -1998. -V. 41.-№2.-P. 335-346.

105. Nakamura H., Igarashi T., Tsutsui T. Local heat transfer around a wall-mounted cube at 45° to flow in a boundary layer // Inter. J. Heat Fluid Flow. -2003. -V. 24.-P. 807-815.

106. Nakamura H., Igarashi T., Tsutsui T. Local heat transfer around a wall-mounted cube in turbulent boundary layer // Inter. J. Heat Mass Transfer. -2001. -V. 44. -P. 3385-3395.

107. Natarajan V., Chyu V. Effect of flow angle-of-attack on the local heat/mass transfer from a wall-mounted cube // Trans ASME, J. Heat Transfer. -1994. -V. 116. -P. 522-560.

108. Ogawa Y., Oikawa S. and Uehara K. Field and wind tunnel study of the flow and diffusion around a model cube - II. Nearfield and cube surface flow and concentration patterns // Atmospheric Environment. -1983. -V. 17. -№ 6. -P. 1161-1171.

109. Olsen J., Webb B.W., Queiroz M. Local three-dimensional heat transfer from a heated cube // Presented at the ASME Winter Annual Meeting. -San Francisco. CA, 1989.

110. Rathnam G.S., Vengadesan S. Performance of two equation turbulence models for prediction of flow and Heat transfer over a wall mounted cube // Inter. J. Heat and Mass Transfer. -2008. -V. 51. -P. 2834-2846.

111. Reiher H. Der warmeubergang von strömender luft an rohrbundel in kreuzstrom // VDI Forshungsheft. -1925. -№ 269. -P. 47.

112. Robertson J.M., Wedding J.B., Peterka J.A., Cermak J.E. Wall pressures of separation-reattachment flow on a square in aniform flow // J. Ind. Aerodyn. -1977/1978. -№> 2. -P. 345-359.

113. Saha A.K. Three-dimensional numerical study of flow and Heat transfer from a cube placed in uniform flow // Inter. J. Heat Fluid Flow. -2006. -V. 26. -P. 80-94.

114. Sakata H., Adashi T., Inamuro T. A numerical analysis of unsteady separated flow by discrete vortex model (1st Report, Flow around a square prism) // Trans. Soc. Mech. Engrs. -1983. -P. 49^140, 801-808.

115. Sogin H.H. Sublimation from disks to air stream flowing normal to their surfaces // Trans. ASME. -1949. -V. 71. -P. 1-8.

116. Sparrow E.M., Niethammer J.E., Chaboki A. Heat transfer and pressure drop characteristics of arrays of rectangular modules encountered in electronic equipment // Int. J. Heat Mass Transfer. -1982. -V. 25. -P. 961-973.

117. Sparrow E.M., Vemuzi S.B., Kadle D.S. Enhanced and local heat transfer, pressure drop and flow visualization for arrays of block-like electronic components // Int. J. Heat Mass Transfer. -1983. -V. 26. -P. 689-699.

118. Sparrow E.M., Yanezmoreno A.A., Otis D.R. Convective heat transfer response to height differences in an array of block-like electronic components // Int. J. Heat Mass Transfer. -1984. -V. 27. -P. 469-473.

119. Terekhov V. I., Kalinina S. V., Mshvidobadze Yu. M., Sharov K. A. Impingement of an impact jet onto a spherical cavity // Flow structure and heat transfer -2009. -V.52. -№. 11-12. -P. 2498-2506.

120. Terekhov V. I., Pakhomov M. A. Predictions of turbulent flow and heat transfer in gas-droplets flow downstream of a sudden pipe expansion // International Journal of Heat and Mass Transfer. -2009. -T. 52. -№ 21-22. -C. 4711-4721.

121. Terekhov, V.l., Yarygina N.I., Zhdanov R.F. Heat transfer in turbulent separated flows in the presence of high free-stream turbulence // Inter. J. Heat Mass Transfer. -2003. -V. 46. -P. 4535—4551.

122. Van Dresar N., Mayle R.E. Convection at the base of a cylinder with a horseshoe vortex // Proc. 8th Int. Heat Transfer Conf. -1986. -V. 3. -P. 1121-1126.

123. Vickery B.J. Fluctuating lift and drag on a long cylinders // J. Fluid Mech. -1966. -№ 25. -P. 481-494.

124. White F.M. Viscons fluid flow // Me Graw-Hill. -New York, 1974. -P. 326-329.

125. Yakhot A., Liu H., Nikitin N. Turbulent flow around a wall-mounted cube: A direct numerical simulation // Inter. J. Heat Fluid Flow. -2006. -V. 27. -P. 994-1009.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А, В, С, О-ребра призмы; а - определяющий размер, ширина, м;

т

Н • 5* У —У

Аг = —тА- • ——— - критерий Архимеда; V2 У о

С1 - коэффициент корреляции;

С2 - показатель степени в корреляционных зависимостях;

Ср - удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С);

с/, Д1, С- определяющий размер, длина, диаметр, м;

Ед, Ев, ЕА) Ер, Ест, Еа - относительная погрешность измерения соответственно

теплового потока, напряжения, силы тока, линейного размера, температуры воздуха, температуры стенки и коэффициента конвективной теплоотдачи; площадь обогреваемого участка, м2; ускорение силы тяжести, м /е.; //-высотамодели, м; I - сила тока, А;

К - коэффициент, учитывающий угол наклона трубы микроманометра; Кт - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-°С);

Ы — расстояние между исследуемыми моделями на плоскости в продольном направлении относительно движения воздушного потока, м;

Ь2 - расстояние между исследуемыми моделями на плоскости в поперечном направлении относительно движения воздушного потока, м;

N11,N11,N11 — значения соответственно локального, среднего по грани и всей поверхности модели числа Нуссельта;

Ыи(один)'Ыи<один)' ^(од™)- значения соответственно локального, среднего по грани и всей поверхности отдельно стоящей модели числа Нуссельта;

Pe = Re-Pr - число Пекле;

Рг = — - число Прандтля; а

Ргх - диффузионный критерий Прандтля;

— наблюдаемое барометрическое давление, мм.рт.ст.;

qw - удельный тепловой поток от нагревательного участка модели к 2

воздуху, Вт/м ;

qCT — плотность теплового потока на стенке, Вт/м ;

qr - удельный тепловой поток, передаваемый за счет теплопроводности, Вт/м ;

R — омическое сопротивление нагревателя, Ом; Uñ-H

Re = —--число Рейнольдса;

v

О Sh Pj" Til

Sc=--число Шмидта;

Nu

Sh = ~ число Шервуда;

Stn=-^ - число Стантона; 0 Ре

То - температура воздушного потока, °С; Ти — степень турбулентности потока, %; TwJ — локальная температура стенки в измеряемой точке, °С; U - напряжение, подводимое к омическому нагревателю, В; Uo - скорость воздушного потока, м/с;

v - коэффициент кинематической вязкости, м /с; W - относительная влажность воздуха, %; х/а - продольная координата; у/Н — поперечная координата; а - угол рыскания, град;

2

ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стенки, Вт/(м -°С);

а,а,а - значения соответственно локального, среднего по грани и всей поверхно-

о

сти модели коэффициента теплоотдачи, Вт/(м - С);

«

у0 - плотность влажного воздуха в окружающей среде, кг/м3;

yw - плотность влажного воздуха у поверхности, кг/м ;

Ат - время выдержки модели в воздушном потоке, мин;

АР - динамический напор, мм;

5 - толщина пограничного слоя, мм;

£Пр - приведенная степень черноты;

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С);

л

р - плотность, кг/м ;

ф - угол атаки воздушного потока с гранью , град; оо - данные по отдельно стоящей призме.