Цели и задачи проекта

• Исследование механизмов влияния внешних воздействий на параметры теплового и динамического пограничных слоев
• Проведение широкого комплекса экспериментов, направленных на поиск путей нарушения аналогии Рейнольдса в сторону теплообмена
• Определение направлений существенного повышения эффективности теплообменного оборудования.

Процесс исследования

Актуальность данной проблемы обусловлена потребностью в повышении теплогидравлической эффективности каналов и трактов теплообменного оборудования, энергоустановок и двигателей. Одним из наиболее распространенных критериев оценки теплогидравлической эффективности является коэффициент аналогии Рейнольдса – отношение коэффициента теплоотдачи, определяющего интенсивность теплообмена, к коэффициенту сопротивления, определяющего суммарные потери давления. В настоящее время подавляющее большинство способов повышения теплогидравлической эффективности в однофазных потоках связано с применением поверхностных (искусственные турбулизаторы) и объемных (спирали, вихревые камеры) интенсификаторов теплообмена. Основная масса работ в данной области сконцентрирована на исследовании влияния конструктивных особенностей интенсификаторов на коэффициенты теплоотдачи и сопротивления в определенном диапазоне параметров потока. При этом практически во всех случаях прирост полного сопротивления опережает интенсификацию теплообмена, то есть коэффициент аналогии Рейнольдса снижается по сравнению с течением без интенсификаторов. Несмотря на это, такие способы интенсификации теплообмена находят свое применение в задачах повышения теплогидравлической эффективности теплообменного оборудования, массогабаритные характеристики которого не имеют строгих конструкторских ограничений. Однако существует ряд ответственных приложений (авиационная техника, ракетно-космическая техника, элементы турбомашин и пр.), где дальнейший рост сопротивления в каналах и трактах недопустим. В этих приложениях возникает необходимость в способах интенсификации, обеспечивающих опережающий рост теплообмена, поскольку только они соответствуют предъявляемым требованиям. Такие способы существуют. К ним относятся: организация течения с положительным градиентом давления, использование вихреобразующего рельефа, формирование областей отрыва пограничного слоя. Несмотря на достаточную известность отмеченных воздействий, результаты опубликованных исследований носят весьма противоречивый характер. Например, в одних работах отмечается падение коэффициентов теплоотдачи при уменьшении коэффициента сопротивления, в других – неизменность или увеличение коэффициента теплоотдачи при сохранении величины коэффициента сопротивления. При этом в большинстве опубликованных работ коэффициенты теплоотдачи и сопротивления определялись косвенными методами – путем анализа профилей скорости и температур, соответственно, что приводило к существенной неопределенности полученных данных. Поэтому существует необходимость в проведении тщательных экспериментальных и сопряженных с ними численных исследований процессов переноса теплоты и импульса в течениях сжимаемого и несжимаемого газа с градиентом давления и/или отрывом потока, которые позволят получить достоверные данные о возможности повышения коэффициента аналогии Рейнольдса. Научная значимость решения проблемы заключается в более глубоком понимании сущности процессов и освоении способов управления ими с целью получения максимально возможной теплогидравлической эффективности.