ИСТИНА

От эффективности передачи энергии в теплообменном оборудовании во многом зависят значения технико-экономических показателей всей энергоустановки в целом. Использование эффективных способов интенсификации теплообмена позволяет существенно снизить массо-габаритные характеристики теплообменного оборудования. Большинство исследований в этой области посвящено интенсификации путем изменения геометрии поверхности (нанесение регулярного рельефа - поверхностных интенсификаторов), или посредством подавления естественных соотношений между различными параметрами набегающего потока (интенсификаторы, установленные в потоке). Для сравнения эффективности интенсификаторов разного типа между собой либо с модельной гладкой поверхностью используют параметры теплогидравлической эффективности – различные виды соотношений между коэффициентами теплоотдачи и сопротивления единицы площади исследуемой поверхности. Очевидно, что механизмы, вызывающие изменение теплогидравлической эффективности, существенно зависят как от рельефа поверхности, так и от параметров (необходимым образом подобранных) набегающего потока. Поэтому для корректного сравнения исследуемые поверхности необходимо помещать в одинаковые условия. Таким образом, перед исследователем, занимающимся поиском закономерностей между формой рельефа поверхности и ее теплогидравлической эффективностью, стоят следующие основные задачи: предельно точное определение коэффициентов теплоотдачи и сопротивления исследуемого рельефа в широком диапазоне параметров набегающего потока при наличии/отсутствии внешних воздействий (крупномасштабные вихревые структуры, градиент давления); корректное сравнение полученных данных. В настоящее время самый надежный источник данных в этой области - физический эксперимент. Цель настоящего проекта – экспериментальное исследование взаимодействия индуцированных вихревых структур и их влияние на теплогидравлическую эффективность рельефных теплообменных поверхностей. Экспериментальные исследования будут проводиться на аэродинамическом стенде, созданном в НИИ механики МГУ. На стенде реализована идея одновременного исследования рельефной и гладкой поверхностей и, следовательно, определение параметров за один эксперимент при заведомо одинаковых начальных условиях набегающего потока. Сопротивление пластин измеряется наиболее точным прямым методом – «взвешиванием» на тензометрических весах. Поле локальных коэффициентов теплоотдачи определяется нестационарным методом при помощи тепловизионного оборудования. Параметры и структура набегающего потока изменяются в широком диапазоне (скорость 15 – 125 м/с, создание крупномасштабных вихревых структур, возможность варьировать величины теплового и динамического пограничных слоев). В результате набирается массив экспериментальных данных, позволяющих выявить наиболее эффективные способы влияния на теплогидравлическую эффективность поверхностей теплообмена.

From the efficiency of heat transfer processes in heat-exchange equipment, the values of technical and economic parameters of the power plant as a whole largely depend. The use of effective methods of heat transfer enhancement can significantly reduce the mass and size characteristics of heat-exchange equipment. Most of the research in this area is devoted to intensification by modidying the surface geometry (applying a regular relief or surface intensifiers), or by suppressing natural relationships between various parameters of the incoming flow (intensifiers immersed in the flow). To compare the effectiveness of different types of enhancement with each other or with a model smooth surface, the parameters of the thermohydraulic efficiency are used. There are a various types of relationships between the heat transfer and drag coefficients of the surface under study. Obviously, the mechanisms that cause a change in thermal and hydraulic efficiency depend significantly on both the surface relief and the parameters (properly selected) of the oncoming flow. Therefore, for the correct comparison, the surfaces must be placed under the same conditions. Thus, the following main tasks are: the extremely accurate determination of the heat transfer and drag coefficients of the relief under study in a wide range of parameters of the oncoming flow in the presence/absence of external impacts (large-scale vortex structures, pressure gradient); correct comparison of the experimental data. At present the most reliable source of data in this area is a physical experiment. The purpose of this project is an experimental study of the interactions of induced vortex structures and their influence on the thermal and hydraulic efficiency of the heat exchange surfaces. Experimental studies will be carried out on an aerodynamic wind tunnel, created at the Institute of Mechanics of the Moscow State University. The wind tunnel realized the idea of simultaneous investigation under the same external impacts of the relief and smooth surfaces and, consequently, the determination of the parameters in one experiment with obviously identical initial conditions of the oncoming flow. The drag of the plates is measured by the most accurate direct method - "weighing" on the strain gauges. The field of local heat transfer coefficients is determined by the non-stationary method using IR imaging equipment. The parameters and structure of the incoming flow vary over a wide range (speed 15 - 125 m/s, the presence of large-scale vortex structures, the possibility of varying the values of the thermal and dynamic boundary layers). As a result, an array of experimental data is collected, which makes it possible to identify the most effective ways of influencing the thermal and hydraulic efficiency of heat exchange surfaces.

Ожидаемые научные результаты – это результаты экспериментального исследования возможности существенного повышения теплогидравлической эффективности вихреобразующих поверхностей за счет взаимодействия с индуцированными в потоке крупномасштабными вихревыми структурами. С этой целью будет получен массив экспериментальных данных, отражающих влияние на теплогидравлическую эффективность сравниваемых поверхностей (гладкой и с вихреобразующим рельефом) следующих параметров: - расстояния между источником крупномасштабных вихревых структур и исследуемыми поверхностями; - частоты индуцированных вихревых структур; - формы источника вихревых структур. Научная и прикладная значимость заключается в подробном исследовании и накоплении достоверной экспериментальной информации о совместном влиянии двух способов интенсификации теплообмена. Не вызывает сомнений необходимость исследования процессов теплообмена и сопротивления в рассматриваемых течениях как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. Условия, при которых возможен опережающий рост теплоотдачи, актуальны для расчета и проектирования теплообменного оборудования. Одновременно с этим, полученные результаты могут быть использованы при верификации CFD-кодов, уточнения или расширения областей применения RANS-моделей расчета. Описанные методы и техники экспериментального определения теплогидравлических характеристик в дальнейшем могут быть эффективны и полезны при исследовании других типов течений, также представляющих практически интерес.