Влияние структурно-гидродинамических факторов на интенсификацию теплообмена в газовых струйных потоках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, доктор физико-математических наук Жилкин, Борис Прокопьевич

• Жилкин, Борис Прокопьевич
• доктор физико-математических наук
• 2001

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Жилкин, Борис Прокопьевич

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ УСИЛЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ В ИМПАКТНЫХ СТРУЯХ

1.1. Структурно-гидродинамические факторы теплоотдачи в осесимметричной струе

1.2. Влияние закрутки импактной струи на гидродинамику и теплообмен с преградой

1.3. Воздействие на течение и теплоотдачу путем изменения формы поперечного сечения струеобразующего канала

2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕН В СИСТЕМАХ ИМПАКТНЫХ СТРУЙ

2.1. Методики исследований и экспериментальные установки

2.2. Гидромеханика взаимодействия и теплообмен при объединении импактных струй в комплексы

2.3. Особенности процессов переноса при движении пластин на газоструйной подушке

3. СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ТЕПЛООТДАЧА В ПРИСТЕННЫХ СТРУЯХ

3.1. Методы исследования и средства измерений

3.2. Гидродинамические факторы теплообмена в пристенном струйном потоке

3.3. Влияние акустического воздействия на гидродинамику и теплоотдачу в пристенных струях

4. ПОВЫШЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СВОБОДНО-КОНВЕКТИВНОЙ СТРУИ

4.1. Теоретический анализ возможности интенсификации теплоотдачи путем изменения продольного профиля канала

4.2. Экспериментальное сравнение теплоотдачи свободной конвекцией внутри вертикальных каналов разной формы

5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СМЕШЕНИИ СТРУЙ С ПОПЕРЕЧНЫМ ПОТОКОМ

5.1. Структура свободной закрученной струи. Характеристики крутки

5.2. Гидродинамическая структура и теплообмен закрученных струй в сносящем потоке

5.3. Гидродинамика и теплообмен при смешении высокотемпературных струй с поперечным потоком

6. НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУЙНЫХ ПОТОКОВ

6.1. Охлаждение импактными струями

6.2. Управление пленочным охлаждением

6.3. Струи в топочных технологиях

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние структурно-гидродинамических факторов на интенсификацию теплообмена в газовых струйных потоках»

Одним из наиболее эффективных способов организации теплообмена между газом и поверхностью твердого тела, а также внутри самих газовых потоков является создание струйных течений. Этим вызвано широкое применение струй в самых разнообразных технологических процессах и устройствах, где они зачастую предопределяют уровень качества рабочего процесса или характеристик аппарата.

Однако в широком ряде случаев уже достигнутая интенсивность теплообмена еще не достаточна, и проблема усиления теплопереноса с одновременным снижением энергозатрат на прокачку теплоносителя в струйных потоках остается весьма актуальной.

В работе рассматриваются главным образом турбулентные струи, имеющие наибольшее прикладное значение.

Исходным методологическим положением является представление о турбулентном течении как о значительно упорядоченном движении. Отсюда вытекает тезис о существенной роли когерентных (упорядоченных) структур в интенсификации процессов теплообмена.

Прежде всего следует уточнить используемую в этом случае терминологию. В настоящее время в понятие «структура потока» разными авторами вкладывается различный смысл. Под этим термином подразумевают строение течения как такового, структурные (геометрические) свойства полей характеристик потока (скорости, давления и т.д.), а также топологию диаграмм, иллюстрирующих в различных координатах свойства результатов теоретического анализа, например, положение критических точек в диаграммах сноса.

В данной работе под «структурой потока» понимается первое, т.е. упорядоченное движение (или расположение) макрообъемов среды, так называемых «молей», (глобул, турбонов) в физических координатах течения. Два последних подхода представляют на наш взгляд особую область

11 теоретического анализа, равноприменимую к рассмотрению как упорядоченного, так и хаотического («бесструктурного») движения среды.

Первые работы о роли структурно-гидродинамических факторов в теплообмене газа с поверхностью появились в начале 70-х годов XX века [1-3].

Они содержали по существу первичные предположения о значимости этих факторов в теплопереносе.

Хотя за эти годы физические представления об обсуждаемом явлении заметно углубились, до сих пор не существует теории, которая бы вполне удовлетворительно описывала механизм воздействия гидродинамических образований на теплоотдачу в турбулентных потоках. Собственно нет даже развитой концепции подхода к описанию самого турбулентного движения среды как структурной системы.

Основополагающей причиной существующей пока ситуации является отсутствие экспериментальных данных, решающим образом вскрывающих природу процессов переноса в турбулентных потоках.

Здесь имеется ряд сложных экспериментальных проблем:

- выделить, определив условия на границах, отдельную (единичную) когерентную пространственно-временную структуру; установить условия ее образования и дальнейшего развития;

- распознать механизм взаимного влияния структур в таком ансамбле как поток;

- определить вклад отдельного структурного образования в теплообмен газового потока с поверхностью;

- выявить особенности взаимодействия структур, определяющие интенсивность теплоотдачи.

Первые исследования [4-7] по идентификации структурных гидродинамических образований были выполнены в 40-х годах С. Корзиным (8. Согет) и А. Таунсендом (А. То\¥пзепс1).

В то время доминировало представление о турбулентном движении как хаотическом явлении. Отсюда проявлялся необычайный интерес к

12 статистической теории турбулентности, начало которой было положено работой А.Н. Колмогорова [8]. Наиболее полно идеи статистико-феноменологического подхода нашли отражение в теории [9], разработанной Ж. Ротта (J. Rotta).

Особенно ярко статистический подход выражен в теории неоднородной турбулентности [10], где описание процессов переноса выполняется через моменты случайных полей. В этом теоретическом построении не используются феноменологические аппроксимации, а для замыкания уравнений, описывающих распределение моментов, вводятся дополнительные статистические гипотезы и дифференциальные уравнения.

Аналитический обзор, включая тестовые задачи, принципов построения и возможностей теорий, придерживающихся обсуждаемого подхода, проведен в [10-14].

Вместе с тем продолжались экспериментальные исследования с целью выделить пространственно-временные структуры в потоке. При этом работы шли по двум направлениям. На первом из них применялись самые различные методы визуализации течения для того, чтобы непосредственно наблюдать картину движения среды. Прекрасной иллюстрацией возможностей этого метода является альбом течений [15], составленный М. Ван-Дайком (М. Van Dyke). Современные методы визуализации рассмотрены в [16].

Второй подход к обнаружению структурных образований, исходящий из метода корреляций А. Таунсенда [17], заключается в идентификации формы и кинематики движения гидродинамической структуры по диаграммам характеристик статистических связей. Экспериментальные методы, основанные на статистическом анализе, рассмотрены в [17, 18].

Каждый из этих подходов имеет свои достоинства и недостатки. Визуализация является прямым физическим методом, но полученные изображения движения среды весьма часто трудно интерпретировать и систематизировать. Корреляционный подход является косвенным методом, сильно зависит от аппаратурного оформления, определяющего степень

13 детализации формы, но дает большой объем количественной информации о статистических свойствах течения.

Более рациональным является комплексное направление, когда одновременно используются оба подхода, взаимно дополняя друг друга. Именно такое направление и реализуется в данной работе.

Детальный анализ экспериментальных и теоретических работ по изучению организованного движения среды в турбулентных потоках, выполненных к началу 70-х годов XX века, дан в обзоре [19] Б.Дж. Кантуэлла (ВЛ. Саг^еИ).

О состоянии обсуждаемой проблемы на тот период можно судить по заключению автора этого обзора (цитируется по [19], с.37): «При попытке резюмировать различные экспериментальные данные по организованным структурам в пограничном слое прежде всего попадаешь в лабиринт нечетких названий и противоречивых определений. Большинство экспериментальных значений имеет большой разброс около плохо определенного среднего значения. В результате очень редко приводятся к общему знаменателю».

Вместе с тем некоторые вопросы об организованном движении в турбулентных потоках были уже достаточно разработаны и по ним имелась вполне согласованная позиция у большинства исследователей:

- когерентные структуры играют значительную роль в процессах переноса, происходящих в турбулентных течениях;

- образование и развитие этих структур определяется мгновенными изменениями (перегибами) профиля эпюр скорости или давления среды;

- области генерации и диссипации турбулентной энергии разнесены в пространстве;

- интенсивность (энергия) гидродинамических образований, ориентированных вдоль и поперек потока, неодинакова;

- скорость перемещения упорядоченных турбулентных структур не совпадает со средней скоростью течения среды в том же направлении;

14

- структурообразование в слое непосредственно у поверхности тела связано с внешним (на верхней границе потока) движением.

Важный в теоретическом и практическом аспектах эффект был обнаружен [20] А. Хуссейном (А. НшБат) и К. Заманом (К. 2атап). Они установили, что введение термопары в ламинарный слой сдвига вызывает в нем устойчивые колебания. Этот результат свидетельствует о высокой чувствительности сдвиговых слоев к малым возмущениям в области зарождения когерентных структур. А в [14] было показано, что пространственный масштаб возникающих структур может быть значительно больше масштаба силы, вызывающей движение жидкости.

Следует предположить, что обсуждаемый эффект повышенной чувствительности возможно является общим свойством структурированных турбулентных течений. Вместе с тем сами организованные структуры представляют собой «след зоны перехода» [19], а точнее, как бы "запоминают" формирующее их возмущение перехода.

Тогда для управления зарождением и развитием упорядоченных структур в потоке, а, следовательно, для регулирования интенсивности процессов переноса, происходящих с их участием управляющее воздействие необходимо, ориентируясь на резонансные эффекты, наносить так, чтобы область его действия включала в себя (перекрывала) предполагаемую зону перехода.

Отсутствие существенного прогресса в понимании механизма турбулентности, несмотря на огромное количество проведенных экспериментальных исследований, привело к тому, что в начале 80-х годов XX века произошел перелом в научном сознании - проблема самого турбулентного движения и процессов переноса при таком течении перестала быть предметом исключительного ведения соответственно гидромеханики и теории конвективного теплообмена, а стала рассматриваться как общефизическая проблема.

Ю.Л. Климонтович [21,23], И. Пригожин (I. Prigogine) и И. Стенгерс (I. 81ег^ег8) высказали [22] точку зрения, согласно которой переход от

15 ламинарного движения к турбулентному представляет собой процесс самоорганизации. Рассматривая турбулентное течение как нелинейную открытую систему с диссипацией, Ю.Л. Климонтович полагает (цитируется по [23], с. 21): «На фоне мелкомасштабного турбулентного движения могут выделяться и когерентные пространственно-временные структуры». Там же на с. 292: «Таким образом, при переходе к турбулентному движению между отдельными областями устанавливаются новые макроскопические -коллективные связи».

Состояние теории структурной турбулентности на тот период обсуждается в [25]. Продолжает совершенствоваться флуктуационно-диссипативное описание гидродинамического движения [23]. Подход к проблемам турбулентности с позиций обобщенной Больцмановской кинетической теории газов рассматривается в обзоре [24].

Однако до сих пор нет сколь-нибудь перспективного подхода к проблеме движения отдельных молекул газа и их взаимодействия на стадии перехода от ламинарного к турбулентному течению среды, особенно, если этот переход происходит у поверхности твердого тела.

Вопросы взаимодействия молекул с поверхностью твердых тел пока рассматриваются только при больших разрежениях. Для этих условий в [26] изложены экспериментальные и теоретические методы изучения проблемы взаимодействия молекул газовой фазы с поверхностью твердых тел. Там же приводится система кинетических уравнений для решения ряда задач по расчету процессов переноса на границе раздела «газ-твердое тело».

Газовый поток взаимодействует с твердым телом через пленку адсорбата на его поверхности. В [26] обсуждаются подходы к изучению процессов адсорбции простых газов на идеальных и содержащих дефекты поверхностях. Развитие этого направления, вероятно, позволило бы сформулировать поисковые гипотезы о влиянии свойств поверхности твердого тела на явления переноса при турбулентном течении.

16

С начала 90-х годов исследования большей частью носят теоретический характер. Совершенствуется [14, 27] классическая теория изотропной турбулентности. В [14] делается весьма примечательный вывод (цитируется по с. 1643): «Таким образом, существует целая иерархия турбулентных состояний жидкости, качественно различающихся своими свойствами и сменяющих друг друга при увеличении амплитуды силы, приводящей жидкость в движение».

Это дополняет положение, высказанное Ю.Л. Климонтовичем (цитируется по [23], с. 268): «Конкретная реализация турбулентного движения существенно меняется при малом изменении начальных и граничных условий.». Однако не вполне ясен масштаб (величина порции энергии) этого направляющего возмущения.

В связи с этой многовариантностью в аспекте управления теплообменом возникают два вопроса: во-первых, насколько различаются по величине интенсивности теплопереноса в смежных реализациях; и во-вторых, может ли один и тот же уровень теплообмена достигаться при различных гидродинамических реализациях, если да, то каких именно?

Существенное расширение возможностей моделей типа «к-с» для расчета теплопереноса дает работа [28], где предложено модифицированное модельное уравнение для скорости диссипации, позволяющее скорректировать диссипативный масштаб турбулентности.

Развиваются представления о возможном механизме образования некоторых гидродинамических структур [29-31].

Однако существенной подвижки в осмыслении природы турбулентности не произошло. К приведенному выше перечню согласованных позиций, по большому счету, можно добавить лишь положения о большом числе макроскопических степеней свободы турбулентного движения и о возможности определяющей роли когерентных структур в некоторых процессах переноса.

Во многом такое положение объясняется тем, что к началу 90-х годов был накоплен обширный экспериментальный материал по обсуждаемой проблеме (см. [19, 23]), и, по-видимому, создалось впечатление, что дальнейший прогресс

17 в изучении турбулентности следует ожидать в направлении теоретического осмысления. Большие успехи в области вычислительной техники привели к завышенной оценке возможностей компьютерного моделирования процессов переноса.

Однако в обсуждаемом направлении прорыва в понимании природы турбулентного движения не произошло. Теория в значительной степени начинает замыкаться сама на себя, ослабевает продуктивный диалог с экспериментом. Свидетельством тому является отсутствие ответа на вопрос: Какой опыт или комплекс экспериментов надлежит поставить, чтобы получить необходимые сведения для создания нового импульса в понимании физической сути турбулентности и процессов теплообмена при таком движении?

Не составлен даже сколь-нибудь развитый перечень идентификационных признаков существования различных когерентных структур и их роли в процессах переноса.

На этом фоне, естественно, так и не появилось теоретическое обобщение результатов исследований роли упорядоченных структур в теплопереносе, а имеются лишь разрозненные сведения. Учитывая высокую избирательность и индивидуальность струйных течений обсуждение существующих представлений производится ниже в конкретном контексте соответствующего раздела диссертации.

В сложившейся ситуации представляется рациональным вернуться к активному накоплению фонда экспериментальных данных, координируя для этого усилия ученых разных специальностей. Вышесказанное не следует рассматривать как призыв к снижению темпов аналитических исследований, поскольку только они по важному замечанию [33] могут разработать формализм выявления "скрытых свойств, которые непосредственно не проявляются при изучении одних только физических полей" (цитируется по с. 48).

В данной работе экспериментально исследуются структурно-гидродинамические факторы теплообмена в следующих газовых струйных

18 потоках: импактные струи и их системы, включая газоструйную подушку; пристенные струи, свободно-конвективные струи и струи, развивающиеся в поперечном потоке. Выбор именно такой по составу группы струйных течений обусловлен не только тем, что совместный анализ данной совокупности течений позволит получить дополнительные сведения по рассматриваемой проблеме, но и тем, что они имеют наиболее широкое практическое применение.

Откликаясь на запросы инженерной практики в исследовании ставится задача разработать экономичные по энергозатратам способы интенсификации теплообмена в газовых струйных потоках путем формирования в них структур, определяющих теплоперенос и способствующих его усилению.

Вместе с тем достигнутые в этом направлении положительный равно как и отрицательный эффекты имеют самостоятельное познавательное значение.

Научная новизна. Работа развивает самостоятельное научное направление - интенсификация теплообмена в газовых струйных потоках путем формирования в них турбулентных структур, определяющих теплоперенос и способствующих его интенсификации.

Для выявления структурных образований использовались теневые методы и впервые методика, основанная на инерционном осаждении частиц естественной пыли из воздуха на поверхность. С целью повышения информативности теплерограмм применены методы эквиденсит и зонального разложения изображения. Разработан способ регенерации (трансформации) теневого снимка. Для выявления роли предполагаемых турбулентных структур в механизме теплообмена изучались поля температур и вектора скорости в потоке, проводился статистический анализ пульсаций скорости, температуры среды в зоне этих образований, а также вариаций температуры поверхности теплоотдачи. Эти данные согласуются с результатами измерения распределения локального коэффициента теплоотдачи.

Научная новизна главных положений работы заключается в том, что автором впервые:

19

- предложены структурная модель дозвуковой импактной струи из круглого (симметричного) сопла, гидродинамическая схема парного взаимодействия вторичных веерных струй вблизи преграды при объединении импактных струй в комплексы, позволившие объяснить ряд закономерностей локального и среднего теплообмена в этих потоках и разработать метод интенсификации теплоотдачи;

- показано, что применением струеобразующих каналов с формой поперечного сечения, не обладающей полной симметрией (треугольник, квадрат, крест), можно значительно (в 1,5 - 1,8 раза) улучшить теплоотдачу в одиночных импактных струях, и эти данные обобщены в уравнения подобия;

- установлено, что интенсивность теплообмена не зависит от колебаний пластины на газоструйной подушке, что связано с автомодельностью колебаний тела относительно пульсаций давления в струях;

- в тонких пристенных струях выявлена картина формирования когерентных турбулентных структур и предложен механизм влияния этих образований на теплообмен потока с поверхностью, а также установлено, что можно управлять распределением локальной интенсивности теплоотдачи путем продольного акустического воздействия на течение;

- предложена полуэмпирическая модель теплообмена со стенками потока газа, вызванного естественной конвекцией в вертикальном щелевом канале, с помощью которой показана и затем экспериментально подтверждена возможность существенного улучшения (до двух раз) теплоотдачи в процессе формирования свободно-конвективной струи;

- детально уточнена внутренняя структура закрученной струи в поперечном потоке и установлены режимы их взаимодействия;

20

- предложены модифицированные параметры для описания крутки потока, а также разработан метод количественной оценки интенсивности теплообмена при смешении струи с потоком;

- на основе экспериментальных данных создана аппроксимационная модель термического (концентрационного) строения высокотемпературной закрученной струи в сносящем потоке с использованием модифицированного овала Кассини;

- с целью оптимизации геометрических и режимных параметров проведена оценка энергетической эффективности теплообмена при изменении формы поперечного сечения сопла и закрутке потока;

- разработан и опробован метод аэродинамического управления круткой струи, образованной аксиальным лопаточным завихрителем.

Достоверность результатов основывается на надежности экспериментальных данных, полученных путем сочетания независимых методик исследования; хорошей воспроизводимости результатов опытов, экспериментальном подтверждении результатов математического моделирования и согласовании с литературными данными других авторов.

Практическая значимость. Разработанные методы организации течения позволили существенно интенсифицировать струйный теплообмен в газовых средах при снижении энергозатрат на прокачку теплоносителя, что открывает перспективу реализации технологических процессов с более высоким уровнем теплообмена.

Полученные экспериментальные данные создают основы для разработки инженерных методик расчета аппаратов со струйным теплообменом, а также позволяют осуществить оптимальный выбор организации струйных течений с целью минимизации энергетических затрат, что в совокупности с найденными конструктивными решениями дает возможность повысить качество проектирования новых устройств.

21

Реализация результатов работы:

- разработана ОАО "Уралмаш" конструкция струйного охлаждения малогабаритных горнов с прямым зажиганием шихты для ряда агломашин;

- осуществлен выбор эффективной системы охлаждения теплонапряженных элементов газовых турбин производства ОАО "Турбомоторный завод";

- найдена рациональная форма канала электрообогревателя, разработанного Всероссийским научно-исследовательским институтом металлургической теплотехники;

- ОАО "УралОРГРЭС" спроектирована оптимальная система ввода технологических сред для трехступенчатого сжигания топлива в крупных энергетических котлах;

- материалы исследований использованы в учебных курсах гидромеханики и тепломассообмена в Уральском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, докладывались и были представлены на научно-технических конференциях Уральского государственного технического университета - УПИ (Екатеринбург, 1976, 1988, 1994, 1995, 1997); Всесоюзной научной конференции "Перспективы промышленной теплоэнергетики" (Москва, 1977); VI Всесоюзной конференции по тепломассообмену (Минск, 1980); Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Конверсия вузов - защите окружающей среды" (Екатеринбург, 1994); 3-м Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 1996);

IX Российской научно-технической конференции "Теплофизика технологических процессов" (Рыбинск, 1996); Всероссийской научно-практической конференции "Радиационная безопасность Урала и Сибири" (Екатеринбург, 1997); Международной конференции "Безопасность, подготовка кадров и экологические проблемы ядерной энергетики" (Екатеринбург, 1991);

22

Всероссийской научной конференции "Физико-химические проблемы сжигания углеводородных топлив" (Москва, 1998); Международной выставке-семинаре "Уралэкология" (Екатеринбург, 1997, 1998); Второй Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1998); XII и XIII Школах-семинарах молодых ученых и специалистов под рук. акад. РАН А.И.Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (Москва,

1999) и «Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (С.-Петербург, 2001); 4-м Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 2000); Научно-практическом семинаре по подавлению выбросов оксидов азота при сжигании топлива Европейской Комиссии по энергетике и транспорту (Москва, 2000); на международной научно-практической конференции "Экология энергетики 2000" (Москва, th

2000); 5 World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics (Thessaloniki, 2001); научных семинарах Уральского государственного технического университета, Уральского государственного университета, института теплофизики УрО РАН, Всероссийского института металлургической теплотехники и ряде региональных конференций, а также на научно-технических совещаниях-семинарах в ОАО "УралОРГРЭС", "Свердловэнерго", "Уралмаш", ТМЗ, H3JI и в других организациях.

Текущий уровень разработки проблемы не позволяет пока создать инженерные методики расчета процессов на базе структурных представлений. Однако вполне возможно создание действенных способов усиления теплообмена. Целевой функцией настоящей работы, посвященной влиянию структурно-гидродинамических факторов на интенсификацию теплообмена в газовых струйных потоках, было достижение такой степени понимания механизма теплопереноса, который бы в каждом рассмотренном случае позволял разрабатывать методы повышения эффективности этого процесса.

В заключительной главе диссертации даны сведения о практическом применении результатов исследований. Оригинальные конструктивные

23 решения по этим разработкам защищены двумя авторскими свидетельствами и патентом.

Помещенный в конце диссертации список литературы не является исчерпывающим. В него включены те литературные источники, знакомство с которыми существенно для понимания сути использованных экспериментальных и теоретических методов, формирования целостного представления о месте данной работы в общем ряду исследований и знакомства с некоторыми особенностями практического применения результатов работы в энергетике.

В диссертации обобщены, начиная с 1972 г., результаты исследований автора, в том числе полученные совместно с коллегами. Работа была выполнена на кафедре «Теоретическая теплотехника» Уральского государственного технического университета (Уральского политехнического института) и в течение этого периода осуществлялась по установленным разделам ряда государственных планов НИОКР и программ АН. В последние годы она проводится в соответствии с координационным планом АН России по проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика» № ГР 01840005222 (Программа Минвуза «Человек и окружающая среда»).

Автор консультировал аспирантов Старцева В.В., Полетаева A.M., Тюльпа В.В., Зыскина Б.И., успешно защитивших диссертационные работы, а в настоящее время является научным консультантом Гулакова A.A., Шубы А.Н.

Ниже перечислены по главам диссертации те лица, результаты совместной работы с которыми вошли в эти разделы: 1 гл. - Гулаков A.A., Старцев В.В., Тюльпа В.В.; 2 гл. - Гулаков A.A., Старцев В.В.; 3 гл. -Полетаев A.M.; 4 гл. - Тюльпа В.В., ЯсниковГ.П.; 5 гл. - Зыскин Б.И., Скачкова С.С., ШубаА.Н.; 6 гл. - Старцев В.В., Полетаев A.M., ШубаА.Н., Шульман B.JI.

Сложная и трудоемкая практическая реализация результатов диссертации в энергетических агрегатах была достигнута в итоге совместной работы с группой специалистов АО «Турбомоторный завод» под руководством

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Жилкин, Борис Прокопьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненный комплекс работ показал, что интенсификация теплообмена в газовых струйных потоках может быть осуществлена путем воздействия на процесс формирования и развития в них упорядоченных турбулентных структур, определяющих теплоперенос и способствующих его усилению. Получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально обнаружены когерентные структуры, возникающие в дозвуковых импактных струях, вытекающих из круглого (симметричного) сопла, и выявлена их роль а процессе теплообмена струй с преградой.

Построена структурная модель «круглой» импактной струи, предложена гидродинамическая схема парного взаимодействия вторичных веерных струйных течений вблизи преграды при объединении импактных струй в комплексы, позволившие объяснить ряд закономерностей локального и среднего теплообмена в этих потоках.

2. Предложена и экспериментально подтверждена физическая модель интенсификации теплоотдачи в газовых импактных струях путем применения каналов-сопел с формой поперечного сечения, не имеющей полной симметрии: усложнение топографии поля давления на преграде (рост его радиальных и тангенциальных градиентов) в сравнении с симметричной струей, что приводит к образованию дополнительных турбулентных перетоков, способных усилить теплоперенос. Интенсивность теплообмена с преградой для струй, истекающих из сопел с формой поперечного сечения в виде квадрата, равностороннего треугольника и креста, выше в 1,5-1,8 раза, чем у «круглой» струи.

3. Путем анализа модельного уравнения конвективной теплопроводности с помощью приближенных асимптотических и операционных методов показано, что для всех рассмотренных типов импактных струй критериальные уравнения теплоотдачи имеют одинаковую структурную форму. Этот вывод подтвержден обобщением экспериментальных данных для импактных струй с указанной в п. 2 формой поперечного сечения.

4. Определены удельная и относительная энергетическая эффективность теплоотдачи при опробованных способах организации импактного струйного течения.

Найдены закономерности изменения этих показателей в зависимости от режимных и геометрических параметров системы. Это позволяет осуществлять оптимизацию теплообмена и достигать превышения эффективности теплоотдачи в несимметричных и закрученных струях в 1,5 - 2,4 раза в сравнении с "прямоточной круглой" струей.

5. Экспериментально установлено, что при устойчивом плавании плоских тел на газоструйной подушке средняя интенсивность теплоотдачи не зависит от колебаний пластин на несущем газовом потоке (в связи с их автомодельностью относительно пульсаций давления среды), а также от скольжения тел на струях (вследствии взаимокомпенсации гидродинамических эффектов, обусловленной орнаментальной симметрией течения в пристенной зоне).

На этом основании предложено использовать для расчета теплоотдачи на газоструйной подушке критериальные уравнения для теплообмена систем струй с неподвижной преградой, введя в них значение средней высоты подъема тела на струях.

6. Экспериментально зарегестрировано образование специфических когерентных структур в тонких пристенных струях, когда развитие течения определяется взаимодействием внешнего (со спутным потоком) слоя смешения и внутреннего погранслоя на подстилающей стенке. Предложена физическая модель влияния этих образований на теплообмен струи с поверхностью: несущая гидродинамическая макроструктура в виде "гофры" доставляет к стенке систему микровихрей, которые разрушают внутренний погранслой, интенсифицируя теплоотдачу. Разработан метод управления развитием этих когерентных структур, а следовательно, и локальной интенсивностью теплоотдачи в пристенных струях путем продольного акустического воздействия на течение.

307

7. Предложена полуэмпирическая модель теплообмена со стенками потока газа, вызванного естественной конвекцией в вертикальном щелевом канале, с помощью которой показана и затем экспериментально подтверждена возможность существенного (до двух раз) улучшения средней теплоотдачи в процессе формирования свободно-конвективной струи путем продольного профилирования сопла-канала.

8. Построена структурная модель свободной закрученной струи, сформированной аксиальным лопаточным завихрителем. Предложены модифицированные параметры для количественного описания ее крутки. Экспериментально обнаружено, что гидродинамическая картина развития закрученной струи в сносящем потоке существенно отличается от таковой для прямоточной струи.

Создана аппроксимационная модель термического (концентрационного) строения высокотемпературной закрученной струи в сносящем потоке с использованием модифицированного овала Кассини, образующего вторичные фигуры разного размера.

9. Разработана методика количественной оценки интенсивности теплообмена при смешении струи с потоком путем применения коэффициентов теплового взаимодействия (коэффициентов теплопередачи).

Установлена степень повышения интенсивности теплообмена струи с поперечным течением в зависимости от ее крутки.

10. Теоретически обоснован и экспериментально опробован метод аэродинамического управления круткой струи, заключающийся в том, что поток в межлопаточном канале завихрителя отклоняется регулирующими струйками, вдуваемыми через перфорацию в стенке лопаток.

Опытные данные и созданные расчетные методики были использованы рядом предприятий промышленности и энергетики.

308

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Жилкин, Борис Прокопьевич, 2001 год

1. Особенности теплообмена в окрестности критической точки при натекании турбулентной струи на пластину, расположенную нормально к потоку / Андреев А.А., Дахно В.Н., Цырлин О.В., Юдаев Б.Н. // Изв. Вузов. Сер. Машиностроение. 1970, № 3. С. 57-60.

2. Томас JI.K. Теория турбулентного пограничного слоя, основанная на модели возобновления турбулентности в пристенной области // Ракетная техника и космонавтика. 1975. Т. 13, № 1. С. 42-57.

3. ЖилкинБ.П., Сыромятников Н.И. О модели импактной газовой струи // Доклады АН СССР. 1977. Т. 234, № 4. С. 784-786.

4. Corrsin S. Investigations of flow in an axially symmetric heated jet of air // NACA Advance Conference. Rep. 3123, 1943.

5. Townsend A. A. Measuremend in the turbulent wake of a cylinder // Proceeding ofthe Royal Society of London. 1947. Ser. A 190. P. 551-561.

6. Corrsin S. Turbulent flow // American Scientist. 1961. V. 49. P. 300-325.

7. Townsend A. A. The structure of turbulent shear flow. Cambridge University Press. 2nd ed., 1976.

8. Колмогоров A.H. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // Доклады АН СССР. 1941. Т. 30, № 4. С. 299-303.

9. Лыков A.B. Тепломассообмен (справочник). M.: Энергия, 1971. - 560 с.

10. Герстен К. Течение однофазной жидкости. Введение и основные положения // Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.1 Пер. с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергоатомиздат, 1987. — С. 107120.309

11. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численное исследование // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1994. №4. С. 4-27.

12. Лущик В.Г., Якубенко А.Е. Сравнительный анализ моделей турбулентности для расчета пристенного пограничного слоя // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1998. № 1. С. 44-58.

13. Гордиенко С.Н., Моисеев С.С. Структура турбулентных течений несжимаемой жидкости и параметризация турбулентности // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1999. Т. 116, вып.5 (11). С. 1630-1647.

14. Альбом течений жидкости и газа / Сост. М. ВАН-ДАЙК. М.: Мир, 1986. - 181 с.

15. Ринкевичюс Б.С. Современные оптические методы в исследованиях задач тепломассообмена // Пленарные и общие доклады. Доклады на круглых столах. Труды Второй Российской конференции по теплообмену. Т.1. -М.: МЭИ, 1999.-С. 70-75.

16. Townsend A.A. Entrainment and structure of turbulent flow // Journal of Fluid Mechanics. 1970. V.41.P. 13-46.

17. Рейнольде A. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях: пер. с англ. М.: Энергия, 1979. - 408 с.

18. Кантуэлл Б. Дж. Организованные движения в турбулентных потоках // Волны и вихри: Сб. статей. Пер. с англ. М.: Мир 1984. С. 9-79.

19. Hussain A.K.M.F., Zaman K.B.M.Q. The free shear layer tone phenomenon and probe interference // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V.87. P. 349-384.

20. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика. M.: Наука, 1982. - 608 с.

21. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. -М.: Прогресс, 1986. -431 с.

22. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. М.: Наука, 1990. -320 с.310

23. Алексеев Б.В. Физические основы обобщенной Больцмановской кинетической теории газов // Успехи физических наук. 2000. Т. 170, № 6. С. 649-679.

24. Гольдштик М.А. Динамические, равновесные и токовые структуры в турбулентности // Структурная турбулентность: Сб. науч. трудов. Под ред. М.А. Гольдштика. Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1982.-С. 5-11.

25. Борисов С.Ф., Балахонов Н.Ф., Губанов В.А. Взаимодействие газов с поверхностью. М.: Наука, 1988. - 200 с.

26. СуховичЕ.П. Моделирование процесса возвращения турбулентности к изотропному состоянию // Инженерно-физический журнал. 1999. Т. 73, № 3. С. 576-583.

27. Леонтьев А.И., Шишов Е.В., Захаров А.О. Моделирование переноса теплоты и импульса в отрывном турбулентном течении за уступом // Доклады РАН. 1995. Т. 341, № з. с. 341-345.

28. Терехова H.H. Продольные вихри в осесимметричных струях // Доклады РАН. 1996. Т. 347, № 6. С. 759-762.

29. Никитин Н.В., Чернышенко С.И. О природе организованных структур в турбулентных пристенных течениях // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1997. № 1.С. 24-30.

30. Бакчинов A.A., ГрекГ.Р., Касатонов М.М., Козлов В.В. Экспериментальное исследование взаимодействия продольных полосчатых структур с высокочастотным возмущением // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1998. № 5. С. 39-49.

31. Кутателадзе С.С., Миронов Б.П., Накоряков В.Е., Хабахпашева Е.М. Экспериментальное исследование пристенных турбулентных течений. -Новосибирск: Наука, 1975. 165 с.

32. Кистович A.B., Чашечкин Ю.Д. Геометрия спиральных вихрей в однородной идеальной жидкости // Доклады РАН. 2000. Т. 372, № 1. С. 4649.311

33. Дыбан Е.П., Мазур А.И. Конвективный теплообмен при струйном обтекании тел. Киев: Наук, думка, 1982.- 303 с.

34. Юдаев Б.Н., Михайлов М.С., Савин В.К. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами. М.: Машиностроение, 1977.-248с.

35. Андреев A.A. Исследование теплообмена при натекании плоской турбулентной струи на пластину, расположенную нормально к потоку: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1971.- 16с.

36. Дахно В.Н. Влияние турбулентности на теплообмен при взаимодействии плоской струи с преградой, расположенной под различными углами к потоку: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1972.- 16с.

37. Старцев В.В. Исследование процессов теплопереноса и структуры потока при взаимодействии струй с поверхностью.: Дис. канд. техн. наук.-Свердловск: Уральский политехнический ин-т им. С.М. Кирова, 1982.-118с.- Машинопись.

38. Button В.J., Wilcock D. Impingement heat transfer (a bibliography 1890 1975) //Previews Heat-Mass Transfer. 1978. V.4, № 3. p. 83-98.

39. Мартин X. Струи, ударяющиеся о поверхность // Справочник по теплообменникам: В 2 т.Т1 / Пер. с англ., под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергоатомиздат, 1987.- С. 267 274.

40. Жилкин Б.П., Сыромятников Н.И. Исследование гидродинамических условий струйного теплообмена // Инженерно-физический журнал. 1977. XXXIII, №2. С. 210-212.

41. Локальные характеристики асимметричной импактной струи /Алексеенко C.B. и др. // Инженерно-физический журнал. 1996. Т. 69, № 4. С. 615-624.

42. Didden N., Но С.М. Unsteady separation in a boundary layer produced by impinging jet // Journal Mechanics. 1985. V. 160. P. 235-256.

43. Горин A.B., Сиковский Д.Ф. Закономерности теплопереноса в сложных турбулентных течениях // Вынужденная конвекция однофазной жидкости.312

44. Труды Второй Всероссийской научной конференции по теплообмену. Т.2. М.: МЭИ, 1998. С.84-87.

45. Donaldson C.D. ао. A. Study of free jets impengement. Part 1. Mean proporties of free and impenging jets // Journal of Fluid Mechanics. 1971. V. 45, № 2. P. 281-320.

46. Белов И.А., Терпигорьев B.C. Учет турбулентности при расчете теплообмена в точке торможения струи, взаимодействующей по нормали с плоской преградой // Инженерно-физический журнал. 1969. Т. XVII, № 4. С. 1106-1109.

47. Экспериментальное исследование теплообмена дозвуковой струи с нормально расположенной плоской преградой / Белов И.А., Горшков Г.Ф., Комаров B.C., и др. // Инженерно-физический журнал. 1971. Т. XX, № 5. С. 893-897.

48. Gardon, R., Akfirat I.С. The pole of turbulence in determing the heat-transfer characteristics of impinging jets // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1965. V. 8, № 10. P. 1261-1272.

49. Экспериментальное исследование газодинамических параметров при струйном обтекании преграды / Белов И.А., Горшков Г.Ф., Комаров B.C. и др. // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1971. № 2. С. 139142.

50. Яковлевский В.В., Секундов А.Н. Исследование взаимодействия струи с близко расположенными преградами // Известия АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. № 1. С. 104-114.

51. Шлихминг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.- 711 с.

52. Kestin J., Wood R.T. On the stability of Two-Dimensional Stagnation Flow // Journal of Fluid Mechanics. 1970. V. 44. P. 461-479.313

53. Бапат С.Ю., Белов И.А.,Джейн П.С. Расчет нестационарного взаимодействия струйных потоков с плоской преградой // Инженерно-физический журнал. 1972. T. XXII, № 1. С. 31-38.

54. Круг В., Вайде Г. Г. Применение научной фотографии. М.: Мир, 1975.205 с.

55. Физические измерения в газовой динамике и при горении: В 2 т. Т.1. / Пер. с англ., под ред. Р.У. Ладенбурга. М.: ИЛ, 1957.- 484 с.

56. Васильев Л.Д. Теневые методы.-М.: Наука, 1968.-400 с.

57. Гидродинамические факторы теплообмена в импактных струях / Жилкин Б.П., Костомаров В.М., Минькова P.M., Тюльпа В.В. // Тез. Докл. 1-ой науч. техн. конф. физ.-техн. факультета УГТУ. (Екатеринбург, 13-15 мая 1994г.)-Екатеринбург. :УГТУ 1994. С.41-42.

58. Калиткин H.H. Численные методы Учебн. пособие для вузов. / Под ред. A.A. Самарского. М.: Наука, 1978.- 512 с.

59. Буевич Ю.А.,Манкевич В.Н. Растекание плоской ламинарной струи на горизонтальной пластине // Инженерно-физический журнал. 1991. Т. 61, № 1. С.71-81.

60. Губанова И.О., Лунев В.В., Пластинина Л.И. О центральной срывной зоне при взаимодействии сверхзвуковой недорасширенной струи с преградой // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1971. № 2. С. 135-138.

61. Shunji Omori, Ken-Khi Yanagi, Katsumi Makihara. Heat transfer from plane strip by gas jet coaling // Technical Review. Mitsubishi Heavy Industries. October 1972. 1972. P. 11-18.

62. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953.-788с.

63. Куликов В.М. Исследование пульсаций структуры неоднородного псевдоожиженного слоя, вблизи пластины в условиях внешнего теплообмена: Дис. . канд. техн. наук. Свердловск, Уральский политехнический ин-т, 1975.- 152с,- Машинопись.314

64. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К. Прямые и косвенные методы экспериментального обнаружения когерентной структуры турбулентных струй // Механика турбулентных потоков. М.: Наука, 1980. С. 206-219.

65. Абрамович Г.Н. О дальнодействии турбулентных пульсаций давления // Механика турбулентных потоков.М.: Наука, 1980. С. 134-152.

66. Волчков Э.П., Лукашов В.В., Семенов C.B. Теплообмен в импактной закрученной струе // Вынужденная конвекция однофазной жидкости. Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену. Т.1. М.: МЭИ. 1994. С. 66-78.

67. Аэродинамика закрученной струи / Под ред. Р.Б. Ахмедова. М.: Энергия, 1977.- 240с.

68. Жилкин Б.П. Исследование гидромеханических факторов теплопереноса в импактных струйных потоках: Дис. канд. техн.наук. Свердловск, Уральский политехнический ин-т им. С.М. Кирова, 1978. 87с.-Машинопись.

69. Сквайре Дж. Практическая физика. М.: Мир, 1971.- 246 с.

70. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991.- 304с.

71. Гухман A.A. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей // Теплоэнергетика, 1977. №4. С. 5-8.

72. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990.- 200с.315

73. Дильман В.В., Полянин А.Д. Методы модельных уравнений и аналогий в химической технологии.- М.: Химия, 1988.- 304с.

74. Жилкин Б.П., Тюльпа В.В., Хазиев М.М. Интенсификация теплоотдачи в газовых импактных струях // Интенсификация теплоотдачи в энергетических установках. Труды Второй Российской конференции по теплообмену. Т. 6. М.: МЭИ, 1998.- С. 110-113.

75. Bouches J., Goldstein E.J. Impingement cooling from a circual jet in a cross flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1975. V.18, №6. P.719-730.

76. Meier R., Kunzew W. Die Vergleichmäßigung der Trockung ebenflächiger Güter um Pralestrahltrockner // Luft-und Kältetechnuk. 1972. V.8, №6, S.323-328.

77. Клестов Ю.М. Распространение турбулентной струи, соударяющейся с плоской поверхностью, во внешнем потоке // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1978. №5С.56-61.316

78. Sherrieb H.E. Ground effect testing of two-, three- and four jet configurations //Journal of Aircraft. 1979. V.16, №6. P.93-397.

79. Гардон P., Акфират К. Характеристики теплопередачи при ударе двумерных воздушных струй // Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Теплопередача. 1966. Т.88, №1, С.110-118.

80. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. М.: Госэнергоиздат, 1954.-316с.

81. Антонов В.В. Исследование динамики газов и теплообмена при нагреве листового металла на газовой подушке: Автореф. Дис. канд. техн. наук. М., Московский вечерний металлургический институт, 1973.- 27с.

82. Жилкин Б.П., Сыромятников Н.И. Исследование влияния некоторых параметров на интенсивность струйного теплообмена // Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем: Сб. науч. тр. Свердловск:УПИ. 1974.№227.-С.197-199.

83. Жилкин Б.П., Сыромятников Н.И. Некоторые кинетичнсеие характеристики терлообмена плоских тел на воздушной подушке // Тез. докл. V науч. техн. конф. Урал, политехи, ин-та (Свердловск, 11-14 февр. 1976 г.) Свердловск.:УПИ, 1976. Вып. 6. С.

84. Жилкин Б.П., Сыромятников Н.И. Исследование теплообмена плоских тел на воздушной подушке // Инженерно-физический журнал. 1977. XXXIII, №1.С.26-31.

85. Жилкин Б.П., Сыромятников Н.И. Щ теплообмене тел на газовой подушке // Тез. докл. Всесоюзн. конф. "Перспективы промышленной теплоэнергетики". -М. МЭИ 1977. С.51.

86. Грин X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы, туманы. - Л.: Химия, 1964.-427с.

87. Процессы переноса во встречных струях (газовзвесь) / Под ред. И.Т.Эльперина. Минск: Наука и техника, 1972.- 212с.

88. Бадер В.И. Исследование конвективного теплообмена плоской и цилиндрической поверхности с газоструйной подушкой: Дис. . канд. тех. наук Свердловск, Уральский государственный политехнический ин-т им. С.М.Кирова, 1977- 169с.-Машинопись.

89. Петунин А.Н. Методы и механика измерений параметров газового потока. (Приемники давления и скоростного напора). М.: Машиностроение.- 1974.- 332с.

90. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1971, выпуск 1.- 316с.

91. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. Теория струй вязкой жидкости. М.: Наука, 1965.-432с.

92. Karemaa A., Weber Н.А. Aerodynamic and Therdynamic Characteristics of Flow field below VTOL Vehicles in Ground // American Institute of Aeronautics and Astronautics Paper. 1979, №338. P.1-14.

93. Сычев А.Г. Результаты исследования затопленной турбулентной струи, набегающей перпендикулярно на плоскость гладкого потолка // Инженерно-физический журнал. 1964, №3. С.46-53.

94. Gardon R., Cobonpue J. Heat transfer between a flat plate and jets of air impinging on it, part 2 // International Development in Heat Transfer. New York, 1961. P.459-460.

95. A.c. 765626 СССР, МКИ3 F 27 В 9/28. Газораспределительная плита / Сыромятников Н.И., Королев В.Н., Жилкин Б.П. и др. №267611/22-02; Заявл. 20.10.78; Опубл. 23.09.80, Бюл. №35.

96. Luftkissenforderer arbeiten wirtsehaftlich // Technik und Betrieb. 1970.-22, №11. S.323.318

97. Блох С.А., Терпило В.И. Аэродинамические параметры транспортирующей системы «газовая подушка» // Стекло и керамика. 1973. №5. С.27-29.

98. Галицейский Б.М., Рыжов Ю.А., Якуш Е.В. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. — М.: Машиностроение, 1977.- 256 с.

99. Arganbright D.G., Resch Н. A Review of Basic Aspects of Heat Transfer under Impinging Air Jets. // Wood science and Technology. 1971.V.5. P.73-94.

100. Манукян P. А. Исследование аэродинамики газовой подушки применительно к печам для нагрева листового проката. Дис. . канд. техн. наук. М.: Московский институт стали и сплавов, 1971- 148 с. -Машинопись.

101. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Теплообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 320с.

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

103. Lebedev V.P., Lemanov V.V., Misyura S.Ya., Terkhov V.I. Effect of flow turbulence on film cooling efficiency // International Journal of heat and Mass Tranfer. 1995. V. 38, №11. P. 2117-2125.

104. Лущук В.Г., Якубенко A.E. Пристенная газовая щелевая защита на пластине. Сравнение расчета с экспериментом // Известия Академии наук РФ. Механика жидкости и газа. 1997. №6. С. 48 62.

105. Rosenhead L. The formation of vortices from a surface of discotinuity // Proceedings of Roydl Socicty. 1932. V. 6. P. 1361 1396.319

106. Betchov R., Szewezyk A. Stability of a shear layer beetween parallel strreams // Physics of Fluids. 1963. V.6. P. 1391 1396.

107. Klebanoff P.S., Tidsfrom K.D., Sargent L.M. The three dimensional nature of boundary layer instability // Journal of Fluid Mechanics. 1962. V.12. P.l - 34.

108. Брайденталь P. Турбулентный слой смешения при наличии химической реакции // Ракетная техника и космонавтика. 1979. Т. 17, №3. С.

109. Brown G.L., Roshco A. On Density Effects and Large Structure in turbulent Mixing Layers // Juornal of Fluid Mechanics. 1974. V. 64. P.775 813.

110. Абрамович Г.Н. Влияние крупных структур турбулентных течений со сдвигом // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1979. №5. С. 9 -12.

111. Полетаев A.M. Управление гидродинамикой и теплообменом в пристенных струйных течениях: Дис. . канд. техн. наук. Свердловск, Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова. 1982. - 144 с. - Машинопись.

112. Дилз P.P., Фолансби П.С. Локальный коэффициент теплоотдачи к цилиндру, помещенному в поперечный поток продуктов сгорания // Труды Амер. о-ва инж. механиков. Энергетические машины и установки. 1977. №4.-С. 1 - 14.

113. Меликов А., Кузов К. Связь между средней по времени скоростью и продольной турбулентной пульсацией скорости по оси струи // Инженерно-физический журнал. 1980. Т. 39, №5. С. 794 797.

114. Рейнольде А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М.: Энергия, 1979.-408 с.320

115. Навознов О.Н., Павельев А.А. Влияния начальных условий на течение осесимметричных спутных струй // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1980. №4. С. 18 24.

116. Авивционная акустика / Под ред. А.Г. Мунина и В.Е.Квитки. М.: Машиностроение, 1973.-е.

117. Власов Е.В., Гиневский А.С. Проблема аэроакустических взаимодействий // Акустический журнал, 1988. Т. 26, №1. С. 1 12.

118. Власов Е.В., Гиневский А.С., Каравосов Р.К. Исследование волновой структуры течения в начальном участке струи при различных уровнях начальной турбулентности // Уч. записки ЦАГИ. 1978. Т. 9, №1. С. 25 -35.

119. Павельев А.А., Цыганок В.И. Влияние акустики и режима течения в пограничном слое на стенках сопла на слой смешения затопленной струи // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1982. №6. С. 36 42.

120. Гиневский А.С. Методы управления турбулентным смешением в струях // Научные основы турбулентных явлений / Под ред. В.В. Струминского. -М.: Наука, 1992. С. 212 228.

121. Crow S.С., Chmpague F.H. Orderly structure in jet turbulence // Journal of Fluid Mechanics.1972. V. 48, №3. p. 547 691.

122. Власов E.B., Гиневский А.С. Акустическое воздействие на аэродинамические характеристики струи // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1980. №4. С. 133 138.

123. Zaman К.В., Hussain А.К. Turbulence supression in free shear flows by controlled excifation // American Institute of Aeronautics and Astonautics Paper. 1980. №1338. P. 16-22.

124. Берглс A.E. Интенсификация теплообмена // Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.1./ Пер. с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 321-327.

125. Вулис JI.A. Термодинамика газовых потоков. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1950.-304с.321

126. Гебхард Б., Джалурия Й., Махаджан Р., Самания Б. Свободно-конвективные течения: .Теплообмен. -М.: Мир, 1991. Т. 1-2.

127. Гусев С.Е., Шкловер Г.Г. Свободно конвективный теплообмен при внешнем обтекании тел. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 160с.

128. Джалурия Й. Естественная конвекция.: Тепло- и массообмен. Пер. с англ. М.: Мир , 1983. - 400 с.

129. Дульнев Г.Н., Кайданов А.И. Приближенный анализ естественной конвекции в плоском канале при стабилизированном течении жидкости // Инженерно физический журнал. 1969. Т. 17, № 2. С. 216-225.

130. Bodoca J.R., Osterl J.F. The development of free convection between heated vertical plates.// Transaction of ASME. Journal of Heat Transfer. 1962. Y.84, №l.P.40-44.

131. Burch Т., Rhodes Т., Achrya S. Laminar natural-convection between finicly conducting vertical plates. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1985. V.28,№6. P.1173 - 1186.

132. Elenbas W. Heat dissipation of parallel plates by free convection.// Physica. 1992. Vol.9, № 1. P. 1-28.

133. Теплообмен при естественной конвекции в канале, имеющем форму геометрического сопла / Жилкин Б.П., Кирнос И.В.,Тюльпа В.В., Ясников Т.П. // Екатеринбург, 1996. Юс. - Деп. ВИНИТИ 09.09.96, №2783-896.

134. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1970. - 720с.

135. Леви Е.К. Оптимальное расстояние между пластинами при теплоотдаче путем естественной конвекции от параллельных изотермических пластин при ламинарном режиме. // Тр. Амер. о-ва инженеров- механиков. Теплопередача. 1971, №4. С.141-143.

136. Волков Э.П., Гаврилов Е.И., Дужих Ф.П. Газоотводящие трубы ТЭС и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1987 - 280с.

137. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 560с.322

138. Тюльпа B.B. Влияние организации течения на теплопередачу газовых струй: Дис. канд. техн. наук. Екатеринбург, Уральский государственный технический унОт, 1998.- 185с. Машинопись.

139. Кавсаоглу М.С., Шец Дж.А. Истечение струи в сносящий поток: влияние закрутки и турбулентных пульсаций // Аэрокосмическая техника. 1990. № 1.С. 147-157.

140. Жилкин Б.П., Зыскин Б.И., Скачкова С.С., Смешение закрученных струй с поперечным потоком // Вынужденная конвекция однофазной жидкости. Труды Второй Россиийской национальной конференции по теплообмену. Т.2. М.: МЭИ. 1998. - С. 120-123.

141. Иванов Ю.В. Газогорелочные устройства. М.: Недра, 1972. - 276с.

142. Теория турбулентности струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. М.: Наука, 1984.-715с.323

143. Воронов С.К., Гиршович Т.А., Гриннн А.Н. Характеристики плоской турбулентной струи в ограниченном сносящем потоке // Инженерно-физический журнал. 1985. Т. 54, № 6. С. 904-911.

144. Chao Y.C., Но W.C. Heterogeneous and nonisothermal mixing of a lateral set with contined swirling crossflow // American Institute of Aeronautics and Austronautics Paper. 1988. № 3190. P. 1-7.

145. Гиршович Т.А., КоржовН.П., Теоретические исследования основного участника круглой турбулентной струи в сносящем потоке // Инженерно-физический журнал. 1988. Т. 55, № 1. С. 5-12.

146. An experimental study of a turbulent natural gas jet in crossflow / Birch A.D., Brown D.R., Fairwealtha M., Hargave G.K. // Consulting science and Technology. 1989, № 4-6. P. 217-232.

147. Аверин JI.В., Кондрашков Ю.А., ТомилинВ.В. Влияние поперечного сносящего потока на характеристики турбулентной струи // Инженерно-физический журнал. 1990. Т. 59, № 2. С. 188-191.

148. Расчет потерь полного давления одиночной круглой струи в поперечном потоке / Молчанов В.А., Хрипишин А.Ф., Трофименко С.Н., Рыбаков Б.А. // Теплоэнергетика. 1991. № 12. С. 66-68.

149. Назарчук А.П., Золотницкий А.Д. К вопросу об определении структуры затопленного вихревого потока при большой степени закрутки // Энергетическое машиностроение. Харьков. 1983. № 35. С. 42-45.

150. Рашидов Ф.К., Кузнецов К.Г. Эффективная крутка потока на выходе из завихрителей реверсных горел очных устройств // Известия АН УзССР. Серия механических наук. 1984. № 4. С. 26-28.324

151. ШерстюкА.Н., Тарасова A.A. Аэродинамика слабозакрученной турбулентной струи // Теплоэнергетика. 1986. № 12. С. 61-64.

152. Ахмедов Р.Б., Дутьевые газогорелочные устройства. М.: Недра, 1977. -272 с.

153. КоробкоВ.Н., Шашнин В.К., Шульман З.П. Предельные автомодельные законы в теории закрученных струй // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1986. № 6. С. 156-160.

154. Исследования вращающегося турбулентного пламени / Suzuki Koboichi, Maki Hiroshi, Tomka Kinichi // Нихон Кикай гаккай ромбунсю. Translation of Japan Mechanical Engineers. 1985. B51, № 471. P. 3794-3797 (яп.).

155. Пешехонов Н.Ф. Приборы и методы измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах. М.: Оборонгиз. 1962. - 184 с.

156. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. -М.: Машиностроение. 1972.-332 с.

157. ЗыскинБ.И. Газодинамика и теплообмен при смешении закрученных с поперечным потоком: Дис. канд. техн. наук. Екатеринбург, Уральский государственный технический ун-т, 1999. - 165 с. - Машинопись.

158. Геометрические характеристики структурных образований в газовом факеле, созданном аксиальным завихрителем / Шуба А.Н., Токарев Д.Н., Устьянцев К.А., Жилкин Б.П., Берг Б.В. // Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2000, №7-8. С.3-8.

159. Гупта А., Лилли Д., СайредН. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. -588 с.

160. Костомаров В.М., ЖилкинБ.П., Зыскин Б.И. Компьютерный анализ струйных течений // Вестник Уральского государственного технического ун-та: Сыромятниковские чтения. Екатеринбург. УГТУ. 1995. С. 65-70.

161. Abraham D.W., MaminH.J., GanzE., Clarke J. Surface modification with the scanning tunneling microscope // IBM Journal of Research and Development. 1986. V. 30, №5. P. 492-499.

162. Аверин Л.В., Кондрашков Ю.В., Шевяков Г.Г. Исследование процесса перемешивания на участке взаимодействия струи с поперечным сносящим потоком // Инженерно-физический журнал. 1985. Т. 54, № 5. С. 751-756.

163. Некоторые особенности процесса смешения закрученных газовых струй с поперечным потоком / Гневанова Л.Е., Жилкин Б.П., Зыскин Б.И., Костомаров В.М., Скачкова С.С., Шульман В.Л. Теплоэнергетика. 1998. № 12. С. 44-47.

164. СполдингД.Б. Описание типов теплообменников // Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т. 1. Пер с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергатомиздат, 1987. - С. 7-13.

165. О Коэффициенте теплового взаимодействия факела со средой топочных газов / Жилкин Б.П., Берг Б.В., Лаптева Л.В., Шуба А.Н. //Тепломассообмен в энергетических устройствах. Т. 10. Минск: АНК "ИТМО им. А.В.Лыкова" АНБ, 2000. С.345-348.

166. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия. 1974. - 448 с.

167. Баскаков А.П., Антикайн Г.А., Изучение перемешивания в факеле горелки ОРГРЭС на модели // Труды Уральского политехнического института. -Свердловск. 1960. № 76. - С. 4-10.

168. Турбулентное смешение газовых струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. М.: Наука, 1974. - 272 с.326

169. Некоторые вопросы совершенствования энергетических вихревых горелок / Берг Б.В., Жилкин Б.П., Потапов В.Н., Шуба А.Н. // Экология энергетики 2000: Материалы междунар. науч.-практ. конф. (Москва, 18-20 октября, 2000). М.: МЭИ, 2000. С.314-315.

170. Шатиль A.A. Сжигание природного газа в камерах сгорания газотурбинных установок. Недра, 1972. - 232с.

171. Барграф, Чин, Хейз. Плёночное охлаждение при многощелевом и решетчатом вдуве. ч.2. Охлаждение при многорядных прерывистых прорезях (решетчатое охлаждение). Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Теплопередача, 1961. С.33, №3. С. 73-79.

172. Волчков Э.П., Левченко В.Я. Эффективность газовой завесы на трубчатой поверхности // Прикладная математика и техническая физика. 1966. №1. С.135-137.

173. Волчков Э.П., Левченко В.Я. Теплообмен при струйной защите поверхности // Прикладная математика и техническая физика. 1966. №2. С.135-137.

174. Кудрявцев В.А., Майорова А.И. Влияние входного профиля скорости на эффективность пленочного охлаждения // Вынужденная конвекция327однофазной жидкости. Труды Второй Российской конференции по теплообмену. Т.1 -М.: МЭИ, 1998. С.173-175.

175. Кэкер, Уайтло. Некоторые свойства турбулентной пристенной струи, находящейся в движущемся потоке // Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Теплопередача. 1968. Е.35, №4. С. 110-116.

176. Мецгер, Карпер, Свенк. Исследование теплообмена при пленочном охлаждении вблизи нетангенциальных инжекционных щелей // Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Энергетические машины и установки. 1968. А90, №2. С.64-72.

177. Рамсей, Гольдштейн. Взаимодействие вдуваемой нагретой струи с основным потоком // Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Теплопередача. 1971. С93, №4. С.41-50.

178. Репухов В.М. Тепловая защита стенки вдувом газа. Киев: Наукова думка, 1977.-215с.

179. Пленочное охлаждение при многощелевом и решетчатом вдуве / Чин, Скирвин, Хейз, Барграф. // Труды Амер. о-ва инженеров-механиков. Теплопередача. 1961. С83, №3. С.65-72.

180. Эккерт Э.Р. Пленочное охлаждение в газовой среде // Инженерно-физический журнал. 1970. Т.19, №3. С.426-440.

181. Goldstein R.J., Eckert E.R.G, Burggraf F. Effect of hole geometry and density on three-dimensional film cooling // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1974. V.17, №5. P.719-730.

182. Христич В.А., Шевченко A.M. К вопросу влияния расхода воздуха на эффективность охлаждения перфорированной пламенной трубы // Вестник Киевского политехнического института. Серия теплоэнергетики. 1969. С.20-22.

183. Рабочий процесс и охлаждение высокотемпературных камер сгорания диффузионно-стабилизаторного типа / Христич В.А., Шевченко A.M., Бутовский JI.C., Грановская Е.А. // Промышленная теплоэнергетика. 1980. №6. С.78-83.

184. Исследования эффективности охлаждения жаровой трубы системой импактных струй / Сыромятников Н.И., Королев В.Н, Жилкин Б.П., Старцев В.В., Полетаев A.M. // Энергомашиностроение. 1979. №12. С.36-38.

185. О применеии импактных струй разной формы для охлаждения жаровых труб / Гулаков A.A., Жилкин Б.П., Тюльпа В.В., Хазиев М.М. //329

186. Совершенствование турбин и турбинного оборудования: Регион, сб. науч. статей. Екатеринбург: УГТУ. 1998. С.244-253.

187. Сударев A.B. Критерий сравнения эффективности охлаждения пламенных труб ГТ камер сгорания // Энергомашиностроение. 1978. №8. С. 16-18.

188. A.c. 807744. Камера сгорания / Шульман В.Л., Зыскин И.А., Лобанов Д.В., Жилкин Б.П. и др. Заявл. 09.09.76. (не публикуется).

189. Разработка струйного охлаждения горелочных устройств / Жилкин Б.П., Гулаков A.A., Коновалов М.Ю., Скачкова С.С., Зыскин И.А. // Рационализация производства и потребления энергии: Работы ОАО «Урал ОРГРЭС». Екатеринбург, 2001. Информ. сб.№4. С.55-58.

190. Нестационарное распространение пламени / Под ред. Д.Г. Маркштейна. -М.: Мир, 1968.- 437с.

191. Котлер В.Р., Енякин Ю.П. Реализация и эффективность технологических методов подавления оксидов азота // Теплоэнергетика. 1994. №6. С.2-9.

192. Котлер В.Р., Беликов С.Е. Экологические проблемы промышленно-отопительных котлов, работающих на природном газе // Теплоэнергетика. 1999. №8. С.37-42.330

193. Котлер В.Р. Развитие технологий факельного и вихревого сжигания топлива//Теплоэнергетика. 1998. №1. С.67-72.

194. Бабий В.И. Методика расчета трехступенчатого сжигания топлива в топках котлов//Теплоэнергетика. 1997. №9. С.64-69.

195. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева A.A. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергоатомиздат, 1991.- 413с.

196. ГОСТ Р 50831 Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. -Введ. 25.11.95. -М.: Изд-во стандартов, 1995.- 32 с.

197. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Л.: Недра, 1989.- 303 с.2122. Золманзон Л.А. Теория элементов пневматики. -М.: Наука, 1969.- 508 с.

198. Патент №2142095 Российская федерация. МКИ 6 F 23 D 14/02, 17/00. Горелка / Жилкин Б.П., Ларионов И.Д., Потапов В.Н. Заяв. 22.05.98; Опубл. 27.11.99. Бюл. №33.