| Результаты этапа: Проведены исследования параметров турбулентного динамического и теплового пограничных слоев при течении газа в канале с наложенным внешним воздействием - продольным (как положительным, так и отрицательным) градиентом давления. Представлены расчетные и экспериментальные данные о влиянии неравновесного градиента давления на коэффициенты трения cf, теплоотдачи St и, соответственно, фактор аналогии Рейнольдса s=2St/cf, а также на коэффициент восстановления температуры. Для исследуемых течений величина градиента давления определялась профилированием геометрии канала. При исследовании течений с отрицательным (благоприятным) градиентом давления в качестве величины, характеризующей внешнее воздействие использовался параметр ускорения потока K и исследовались режимы течения с K=0-5∙10-6. Это, согласно опубликованным данным, соответствует режимам как без, так и с ламинаризацией потока. В тоже время, так как при исследовании положительного градиента давления наиболее часто используется параметр градиента давления β, в исследованиях влияния неблагоприятного градиента давления использовалась эта величина, а ее изменение составляло β=0-0.5, что соответствует малым и умеренным величинам градиента давления. Экспериментальные значения коэффициента трения получены методом Шапиро-Хоторна, коэффициенты теплоотдачи и восстановления температуры определены на основании температурных полей, регистрируемых ИК камерой. Для оценки возможности применения различных методов определения параметров теплообмена и трения было рассмотрено решение системы уравнений стационарного пограничного слоя в двухмерной постановке с использованием различных алгебралических, одно- и двухпараметрических моделей турбулентности (Себеси-Смита, Спаларта-Аллмареса, стандартной и sst k-ω). Получено, что наложение внешнего воздействия – продольного градиента давления – существенно влияет на величины коэффициентов трения, теплоотдачи и, соответственно, фактора аналогии Рейнольдса, однако не оказывает влияния на коэффициент восстановления температуры. При этом, наложение градиента давления оказывает противоположное влияние на интегральные параметры теплового и динамического пограничных слоев: положительный градиент давления (торможение потока) приводит к снижению коэффициента трения и росту коэффициента теплоотдачи, отрицательный (ускорение потока) – наоборот. Следовательно, будет наблюдаться рост фактора аналогии Рейнольдса и теплогидравлической эффективности в течениях с отрицательным градиентом давления и их снижение в течениях с положительным. Реализованные пограничные слои оказались существенно неравновесны, и, следовательно, использование зависимостей для равновесных пограничных слоев или известных степенных аппроксимаций будет существенно переоценивать влияние внешнего воздействия на параметры пограничных слоев. В тоже время показана применимость решений системы уравнений пограничного слоя к рассматриваемому классу задач и совпадение экспериментальных и численных данных. Использование решения уравнений турбулентного пограничного слоя с sst k-ω моделью турбулентности позволяет воспроизводить параметры реальных неравновесных пограничных слоев. |
