Экология СПРАВОЧНИК

Остальные обозначения приводятся в тексте.Все плохообтекаемые тела условно можно разбить на две характерные группы: тела с острыми кромками, имеющими фиксированные точки отрыва (например, стержни прямоугольного, квадратного и других сечений), и тела с плавными контурами сечений большого радиуса кривизны, имеющими перемещающиеся точки отрыва (например, шар, круговой цилиндр и др.). У этих групп тел процессы образования следа будут разными. Прогнозирование течений в условиях возникновения отрыва и разработка методов управления отрывом потока - вопросы, на решение которых направлены исследования отрывных течений, уже выполненные [Бардаханов С. П. и др., 1992; Бабаков А. В., 1994; Дов-галъА. В., 1996] и продолжающиеся в настоящее время.

Далее

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ.Обтекание препятствия характеризуется образованием вследствие торможения набегающего потока небольшой вихревой зоны перед телом (зона 1), отрывом пограничного слоя на передней кромке с возможным образованием небольшой возвратной зоны на поверхности (отрывного пузыря) и формированием за препятствием протяженного рециркуляционного течения (зона 3). Дальнейший сценарий течения зависит от первоначального состояния (ламинарного или турбулентного) пограничного слоя. Если он был ламинарным, то после отрыва возникает ламинарно-турбулентный переход и оторвавшийся поток на первой половине отрывного течения по многим параметрам сходен с обычным плоским слоем смешения (зона 4). По мере удаления от препятствия этот слой расширяется в результате развития в нем турбулентности, перед зоной присоединения приобретает криволинейную форму и натекает на твердую стенку в виде сложной вихревой структуры (зона 6). В зоне присоединения происходит раздвоение потока. Часть потока жидкости из сдвигового слоя под действием положительного градиента давления перетекает в область рециркуляционного течения и компенсирует захват жидкости из рециркуляционной зоны через нижнюю границу слоя смешения. Другая часть жидкости следует в направлении набегающего потока и участвует в формировании нового пограничного слоя (зона 7). Восстановление течения за присоединением очевидно будет происходить под воздействием повышенного уровня турбулентности и существенно деформированного поля средней скорости, особенно в случае полного погружения препятствия в набегающий турбулентный пограничный слой. Опытами установлено, что релаксация носит колебательный [Logan Е. et al., 1989] и экспоненциальный [Корнилов В. И. и др., 1989] характер. В течениях вокруг двумерных тел иной формы поперечного сечения со значениями линейных размеров, мало отличающимися друг от друга (круг, эллипс, прямоугольник и т.п.), наблюдаются вихревые области, подобные вышеприведенным .

Далее

Для численного решения задач отрывного нестационарного обтекания цилиндрических тел часто применяется метод дискретных кольцевых вихрей [Гоман О. Г. и др., 1993], основанный на модели идеальной несжимаемой жидкости. В последние годы интенсивно развиваются новые направления исследования турбулентных течений, базирующиеся на построении замкнутых уравнений турбулентного переноса, и их решения с помощью мощных ЭВМ. К ним в первую очередь относятся прямые методы численного моделирования турбулентных течений несжимаемой жидкости, предназначенные для возможно полного решения задач турбулентных течений на базе исходных законов движения [Методы расчета ..., 1984]. Если рассматривать уравнения Навье-Стокса как основу простейшей теории турбулентности, то, используя некоторые подходящие начальные данные, можно попытаться проследить за динамикой течения. Заметим, что полученные в результате расчета поля характеристик течения, которые даже в случае простейшей геометрии области течения и при статистически стационарных начальных и граничных условиях остаются трехмерными и нестационарными, позволяют затем определить любые интересующие нас средние величины.

Далее

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ.В уравнения (1.1)...(1.5) входят следующие обозначения: р - плотность, х и у - горизонтальная и вертикальная координаты, ? - время, V -коэффициент молекулярной вязкости.

Далее

На выходной границе вниз по потоку задавались нулевые производные по нормали к границе для всех искомых величин, что соответствует области течения, где влияние препятствия уже не сказывается или сказывается слабо. На верхней границе течения также задавались нулевые градиенты по нормали к ней и нулевая вертикальная скорость. Такая постановка соответствует пренебрежимо малому влиянию препятствия на верхней границе, расположенной в области свободного невозмущенного потока, вдали от стенок аэродинамической трубы.

Далее

С целью изучения внутренней структуры турбулизированного потока, формирующегося в окрестности двумерного препятствия, и верификации результатов исследования на основе предложенной математической модели в работе была проведена серия экспериментов в условиях невозмущенного потока с минимально возможной степенью турбулентности при частичном и полном погружении препятствия в развитый турбулентный пограничный слой.

Далее

Эксперименты проводились в малотурбулентной дозвуковой аэродинамической трубе Т-324 Института теоретической и прикладной механики СО РАН (ИТПМ) с закрытой рабочей частью, квадратного сечения размерами 1x1 м, со срезанными углами, длиной 4 м (рис. 1.2).

Далее

В качестве методов исследований использовались: визуализация пристенных течений с помощью «сажемасляной пленки», «шелковинок» и термоанемометрические измерения полей средних значений продольного компонента скорости и ее пульсаций, а также спектральных характеристик. Визуализация методом «сажемасляной пленки» осуществлялась нанесением на зачерненную нижнюю стенку рабочей части (серия опытов № 1) или поверхность пластины (серия опытов № 2) смеси керосина и мелкодисперсного белого порошка двуокиси титана (ТЮ2). Картины течения регистрировались с помощью цифровой видеокамеры Digital Video Camera NV-DS1 фирмы Panasonic). Визуализация методом «шелковинок» проводилась на стенке рабочей части, где с равномерным интервалом за препятствием наклеивались шелковинки длиной примерно 15мм.

Далее

Результаты исследований. Схема течения вблизи плоской подстилающей поверхности при обтекании двумерного препятствия квадратного сечения под нулевым углом скольжения, полученная на основе анализа большого числа картин визуализации, показана на рис. 1.5.

Далее

В фундаментальном и прикладном отношении большой интерес представляет обтекание двумерного препятствия под углом скольжения. Схема пристенного течения в этом случае показана на рис. 1.11.Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ.

Далее

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ.При обтекании препятствия конечной длины, расположенного на плоской поверхности под нулевым углом скольжения, одновременно проявляется влияние концевых эффектов и эффекта близко расположенной стенки, на которой развивается пограничный слой, куда полностью или частично может быть погружено препятствие. В работе [Саленко С. Д., 1988] на примере обтекания куба на экране показано, что изменение формы профиля скорости набегающего потока может приводить к качественной перестройке структуры течения. При большой наполненности профиля за телом наблюдается типичная рециркуляционная зона с областью присоединения потока на экране, а при малой наполненности область присоединения потока с экрана переходит на подветренную сторону тела, направление течения вблизи экрана за телом меняется на противоположное, значительно увеличивается в размерах подковообразный вихрь. Картины пристенных течений около призматических тел конечного удлинения на стенке получены во многих работах [см., например, Казакевич М. И., 1987; Саленко С. Д., 1988 и др.]. Однако они носят фрагментарный характер, так как целью опытов было изучение в первую очередь изменения аэродинамических характеристик тел определенного удлинения в зависимости от исследованных параметров, таких как число Рейнольдса, шероховатость поверхности, степень и относительный масштаб турбулентности набегающего потока. Отличительной особенностью данной работы является подробное исследование влияния удлинения квадратной призмы на структуру пристенного течения при постоянном числе Рейнольдса и низкой степени турбулентности невозмущенного набегающего потока. Такие данные могут быть использованы для верификации существующих и разработки новых методов расчета сложных турбулентных течений.

Далее

Задача о поперечном обтекании кругового цилиндра является классической задачей аэрогидродинамики. Она представляет, как отмечалось во введении, большой интерес и с точки зрения изучения отрывных течений, и с точки зрения широкого практического использования. В настоящее время насчитывается несколько тысяч публикаций по этой проблеме.

Далее

Задачу обтекания кругового цилиндра можно пытаться решить различными способами - аналитическими, численными или экспериментальными.Как всякое обтекание тел вязкой жидкостью, течение за цилиндром может быть описано системой уравнений Навъе-Стокса. Однако ввиду нелинейности уравнений и сложности задания граничных условий возникают принципиальные трудности получения теоретического решения. Поэтому первые попытки построения отрывного течения за цилиндром осуществлялись в рамках классической теории течений идеальной жидкости [Гельмгольц Г. Л. Ф., 1868; Кирхгоф Г. Р., 1869]. Однако такая математическая модель не давала удовлетворительного совпадения с опытными данными. Благодаря объяснению Л. Прандтля (1904) физической природы отрыва потока при больших числах Рейнольдса как отрыва пограничного слоя начался новый этап исследований обтекания тел с использованием асимптотических методов. Хотя эти методы дают приближенное решение задачи, однако они позволяют во многих случаях вскрывать физический механизм явления. В настоящее время наиболее значимые результаты дает метод построения сращиваемых асимптотических разложений [Сычев В.В. и др., 1987], основанный на использовании теории струй идеальной жидкости и теории пограничного слоя. В то же время полуэмпирический характер всех теоретических схем этого направления ограничивает их применение. Отметим, что в рамках почти каждой существующей полуэмпири-ческой теории решалась задача плоского обтекания кругового цилиндра [Девнин С.И., 1983; Сычев В.В. и др., 1987].

Далее

Одними из первых исследование обтекания цилиндрических тел сдвиговым потоком выполнили в 60-е годы XX века Ф. Маш и У. Мур [Masch F.D., Moore W.L., I960] и показали важность параметра крутизны профиля скорости у (рис. 2.7).

Далее

Главной отличительной особенностью обтекания консольного цилиндра по сравнению с цилиндром бесконечного удлинения является наличие в области верхнего основания, вследствие взаимодействия пограничных слоев, сходящих с торца цилиндра и его боковой поверхности, пространственного течения.

Далее

Для понимания физических процессов, происходящих при обтекании тел потоком жидкости или газа, необходимо, в первую очередь, наблюдать в целом всю картину течения, что обычно достигается визуализацией. При исследовании обтекания консольных цилиндров нами использовался метод «дымящей» проволочки. Поле течения визуализировалось «дымом», образующимся при испарении масла с поверхности тонкой проволоки (с1 = 0,068 мм), нагреваемой электрическим током. Основными элементами экспериментального оборудования в этом случае являлись: электронный блок задержки, электромагнитный спуск фотоаппарата и специальная рамка с проволочкой. Подробное описание технического и приборного обеспечения этого метода для условий аэродинамической трубы Т-324 приведено в работе Щов-галъА.В. и др., 1985]. В наших опытах рамка с проволочкой располагалась в плоскости поперечного сечения модели на расстоянии 180 мм от ее оси, вверх по потоку. Различные картины обтекания были получены при перемещении проволочки вдоль образующей цилиндра в разных по высоте консольного цилиндра поперечных сечениях. Целью экспериментов являлось детальное определение структуры течения в области торца цилиндра в условиях его обтекания равномерным потоком.

Далее

Термоанемометрические измерения в равномерном потоке поля скоростей за консольным цилиндром проводились для моделей с плоскими торцами различного удлинения при скорости набегающего потока 20 м/с. Схема эксперимента дана на рис. 2.10.

Далее

В настоящее время на отрыв вихрей за цилиндром конечной длины есть две точки зрения. Некоторые исследователи считают, что при обтекании равномерным потоком цилиндра конечного удлинения вдоль его размаха с поверхности сходят вихри одной и той же частоты (см., например, [Жангунов О., 1987]). В работе [Фаривар Дж., 1981] утверждается, что с цилиндра конечной длины сходят три цепочки вихревых контуров нерегулярной формы с различными частотами схода.

Далее

Таким образом, при обтекании равномерным потоком консольного цилиндра удлинением X 10 концевой эффект обнаруживается на расстоянии не менее трех калибров по потоку и следствием его влияния является образование вдоль размаха цилиндра трех областей с различной частотой схода вихрей.

Далее

Толщина приземного слоя 8„ увеличивается с увеличением высоты препятствий, создающих шероховатость. Например, для городской местности при скорости ветра ию > 5...7 м/с в работе Counihan 3, 1975] рекомендуется величина да = 600 м. Индекс внизу параметра скорости показывает, на какой высоте проведены измерения. Величина 10 м соответствует стандартному расположению приборов, регистрирующих физические параметры атмосферного воздуха на постах наблюдения.

Далее

Для подобия модели и натуры необходимо, чтобы равнялись как различные комплексы, так и граничные условия. Последнее требование предполагает не только геометрическое подобие нижней границы, что нетрудно осуществить, но также подобие условий на верхней границе набегающего потока. Как установлено многими авторами (см., например, обзор [Каликов В.Н. и др., 1986]), осуществить строгое подобие модели и натуры практически невозможно, так что приходится прибегать к аппроксимациям подобия, выбор которых зависит от характера исследуемой проблемы.

Далее

Аэродинамическая труба Т-324 описана в подглавке 1.3.Аэродинамическая труба 3-АТ-17,5/3 - замкнутого типа с частично открытой рабочей частью (РЧ). Длина открытого участка 3,1 м, закрытого - 14,4м (рис. 2.15). Сечение прямоугольное с размерами 2,Ох 1,5 м. Лопасти вентилятора оснащены механизмом ручного изменения угла установки их в пределах от 0 до 20°, что дает возможность дискретно изменять скорость потока в рабочей части в пределах от 2 до 30 м/с. На сопло может устанавливаться насадок длиной 1400 мм, образующая которого выполнена по формуле Витошинского, при этом степень поджатая увеличивается до 10,5, а максимальная скорость - до 40 м/с. В этом случае размеры сторон выходного сечения 1 х 1 м.

Далее

История вопроса. На основе модельных и натурных измерений М. Иенсен [Jensen М., 1958] показал, что для обеспечения подобия распределений средней скорости и характеристик турбулентности необходимо создать в аэродинамической трубе турбулентный пограничный слой, превышающий высоту моделируемых объектов в один-два раза. Необходимость моделирования больших чисел Re требует получения толстого пограничного слоя. В настоящее время этот вопрос решается двумя путями: 1) созданием специальных труб с длинной рабочей частью (15...60 м); 2) установкой в аэродинамических трубах с короткой рабочей частью специальных устройств, обеспечивающих ускоренный рост пограничного слоя.

Далее

В связи с задачей изучения ветрового воздействия на наземные сооружения сложной формы важно исследовать это воздействие в модельных условиях на телах простой формы, в частности, на круговом цилиндре, и сопоставить полученные результаты с данными натурных измерений. С точки зрения возможного возбуждения колебаний обтекаемых тел, вследствие вихревого резонанса, важно также оценить влияние на след высокой степени турбулентности потока и градиента скорости вдоль образующей цилиндра.

Далее

Для реализации поставленной задачи цилиндр большого удлинения помещался в поток, моделирующий условия нейтрального приземного пограничного слоя для подстилающей поверхности типа С. Методика создания потока с градиентом скорости описана в пункте 2.3.3. Схема эксперимента представлена на рис. 2.21. В качестве модели использовался цилиндр, закрепленный одним концом к поворотному столу, другим - упиравшийся в стенку рабочей части. С целью исключения влияния пограничного слоя на стенке на расстоянии 100 мм от нее устанавливалась шайба с профилированными кромками диаметром 450 мм, при этом удлинение цилиндра было равно X = 20 (с/ = 44 мм).

Далее

Интересно сравнить полученные данные с известными натурными измерениями. Так, в работе [Brust H. et al., 1981] в качестве объекта испытаний были использованы цилиндрические отсеки корпуса телевизионной башни Мюнхена. В нескольких горизонтальных сечениях диаметром 4,5 и 2,1 м были одновременно измерены в период с сентября 1977 по январь 1980 года скорость (5...38 м/с) и направление ветра, распределение давления потока и динамическая реакция сооружения на ветровой поток.

Далее

При обтекании тел вблизи стенок, экранов и других объектов возникают эффекты взаимовлияния, которые представляют интерес в фундаментальном плане и имеют практическое значение в различных инженерных задачах. Наиболее общей среди них является задача о поперечном обтекании кругового цилиндра вблизи плоского экрана, ориентированного вдоль потока (рис. 3.1).

Далее

Если не учитывать влияния вязкости и возникающего вследствие этого пограничного слоя на экране, то к этому случаю сводится также задача обтекания двух параллельно расположенных цилиндров.Наиболее сложный характер обтекания цилиндра вблизи экрана устанавливается при числах Рейнольдса, близких к критическим, и при малых зазорах между цилиндром и экраном. Поэтому до настоящего времени данному аспекту проблемы уделялось мало внимания.

Далее

На рис. 3.3 показана полученная для области длинноволновых возмущений теоретическая зависимость безразмерной длины волны от числа Рейнольдса и экспериментальные данные других авторов. Очевидно удовлетворительное совпадение теоретических расчетов с опытными данными. Однако требуются дальнейшие исследования, чтобы разобраться не только с существованием системы продольных вихрей типа вихрей Гёртлера, но и с механизмом их образования.

Далее

Эксперименты проводились в дозвуковой аэродинамической трубе Т-324 при скоростях потока Щ = 20...60 м/с и степени турбулентности б < 0,04 %. Цилиндр диаметром с/ = 0,15 м и длиной Ь = 1,0 м устанавливался поперек потока, параллельно плоской пластине-экрану длиной 1,7 м, т. е. на расстоянии 6,67с/ от передней кромки (рис. 3.4). Металлический цилиндр имел три секции - центральную (весовую) длиной 0,25 м и две боковых. Зазоры между секциями были шириной 0,5 мм и глубиной 5 мм. Под цилиндром устанавливалась на заданном расстоянии пластина-экран из оргстекла толщиной 10 мм с профилированными передней и задней кромками. Для жесткости пластина на большей части своей длины была скреплена с металлической коробчатой рамой. Горизонтальное положение пластины и ее параллельность цилиндру контролировались по уровню и с помощью щупа. Отклонения по величине зазора между цилиндром и экраном составляли не более 0,03 мм. Обтекаемые поверхности цилиндра и пластины были аэродинамически гладкими, с высотой неровностей к менее 4,0 мкм, т. е. к! с1< 3-10 5. Толщина пограничного слоя на экране в районе цилиндра (но в его отсутствие) составляла 8 = 15,0 мм при скорости потока 20 м/с. Отклонения цилиндра под действием измеряемых сил не превышали 0,03...0,17 мм соответственно числам Яе = (2...6)-105.

Далее

Как уже отмечалось, при исследовании силового взаимодействия цилиндра с экраном в области малых относительных зазоров к < 0,1 и числах 11е = (0,5... 6,0)-105 была обнаружена аномалия поведения подъемной силы цилиндра, т. е. увеличение ее с ростом зазора, что вызывает возбуждение значительных автоколебаний цилиндра при его упругом закреплении и свидетельствует о сложном характере течения в узкой области.

Далее

При наличии экрана скачкообразное поведение Су сохраняется до к =М/ 0,5. При дальнейшем уменьшении зазора все действующие силы оказываются только положительными. Средняя величина Су с уменьшением зазора монотонно возрастает, пока расстояние к не достигает критического значения ккр <0,1. Ниже этой границы монотонность нарушается и коэффициент Су резко возрастает до максимальной величины Су тах= 1,44 при И = 0, что является результатом сложного взаимодействия течений на цилиндре и экране, которое находит отражение в основном в изменении абсолютных значений пиков разрежения и положения точек отрыва потока. Такое поведение подъемной силы в реальных условиях может сопровождаться возбуждением автоколебаний цилиндрических тел. Определена область существования обнаруженного явления, которое исчезает при закритических числах Рейнольдса (Яе >107), когда величина критического зазора уменьшается до нуля.

Далее

В то же время практически нет работ по влиянию отдельной шероховатости на характер обтекания цилиндрических тел. А такие данные нужны, чтобы найти способы управления в естественных условиях кризисом обтекания или способы предупреждения колебаний конструкций, возбуждаемых ветровым потоком.

Далее

В работе ставилась задача экспериментального исследования влияния дополнительных продольных надстроек в виде круговых цилиндров малого диаметра на распределение ветрового давления по поверхности кругового цилиндра большого диаметра и на его аэродинамические характеристики при высоких числах Рейнольдса и начальной степени турбулентности.

Далее

На рис. 3.26 дано сравнение распределений давления на гладком круговом цилиндре в условиях однородного потока с низкой степенью турбулентности (е = 0,04 %; Ш= 10“5; Яе = 5,ОТ О5; см. пункт 3.1.2) и по данным настоящего эксперимента при е = 1,8 %; Ш= 10 4; Яе = 5,2-105.

Далее

Изменение коэффициента полной аэродинамической силы кругового цилиндра с двумя надстройками (<ЛЮ = 0,043) в зависимости от угла натекания потока а, измеренного весовым Ск и дренажным Сцр способами, иллюстрирует рис. 3.31.

Далее

В последние годы приобретает большую практическую значимость поиск методов воздействия на различные течения с целью управления их характеристиками. Поскольку течение за цилиндром носит большей частью регулярный характер, то есть основания полагать, что за счет наложения на него пульсирующего поля давлений удастся изменить аэродинамические параметры следа, а значит, и аэродинамические характеристики тела.

Далее

Наличие регулярности в течении за круговым цилиндром дает основания полагать, что путем звукового облучения можно повлиять как на сами упорядоченные вихревые структуры, так и на их взаимодействие.В работах [Власов Е. В. и др., 1967; Качанов Ю. С. и др., 1975; Дов-галъА. В. и др., 1983; Козлов В. В., 1985; ВаЫаккапоу Б. Р., 1987] для ламинарных и турбулентных течений показано, что акустические возмущения преобразуются в вихревые. Можно предположить, что аналогичный механизм реализуется при звуковом облучении отрывного течения около поверхности цилиндра во время поперечного его обтекания равномерным потоком. До сих пор этот вопрос оставался открытым. Вследствие недостаточного развития нелинейной теории гидродинамической устойчивости и отсутствия рациональной теории турбулентности теоретическое изучение воздействия звука на следы за плохообтекаемыми телами затруднительно. Упомянутые экспериментальные работы в основном относятся к малым числам Рейнольдса и касаются двумерных следов. Нам неизвестны исследования воздействия акустических возмущений на существенно трехмерные течения, возникающие при обтекании консольных цилиндров. Особо важно понять влияние звукового поля на проявление эффектов, связанных с интерференцией двух круговых цилиндров. Следует также отметить, что в имеющихся по данной теме работах мало данных о микроструктуре и амплитудно-частотных характеристиках возбуждаемых звуком течений, являющихся ключом к пониманию физической природы явления.

Далее

Условия данного эксперимента описаны в подглавке 2.2 (схему эксперимента см. на рис. 2.10). Акустические возмущения задавались звуковым генератором Г3-34 и вводились в поток при помощи громкоговорителя мощностью 25 Вт. Акустическое облучение цилиндра происходило в направлении трех координатных осей, причем всякий раз динамик устанавливался так, что его ось лежала в одной плоскости с осью цилиндра.

Далее

При исследовании в равномерном потоке структуры течения вблизи торца консольного цилиндра при акустическом воздействии и без него условия эксперимента отличались от вышеизложенных. Принципиальная схема этого эксперимента дана на рис. 3.41.

Далее

В настоящее время проблема гидродинамического взаимодействия плохообтекаемых тел является одной из актуальных в прикладной аэродинамике и вызывает интерес как экспериментаторов, так и теоретиков. Это связано с существованием в условиях интерференции различных картин обтекания, инициирующих сложные явления - отрыв вихрей, бафтинг, аэрогидродинамическую неустойчивость, которые способны вызывать нежелательные вибрации и даже разрушать конструкции [Чен, 1986]. Существующие нормативные документы не позволяют достаточно точно определить аэродинамические нагрузки на рядом расположенные цилиндрические и конические трубы, башни и т.п.

Далее

В работе Э. Грифитса (Griffiths Е.А.) и Дж. Колеса (Coales J.D.) (см. ссылку в обзоре [Здравкович М. М., 1977]), по-видимому, впервые было показано, что минимальное сопротивление двух круглых проволок в случае их соприкосновения составляет лишь 40 % сопротивления одиночной проволоки. Объяснить этот факт авторы не смогли, но их работа послужила толчком к изучению интерференции тел в потоке.

Далее

Г л а в а 4. ОБТЕКАНИЕ ДВУХ КОНСОЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ.Аэродинамические характеристики обтекания двух расположенных рядом круговых цилиндров бесконечного удлинения показаны на рис. 4.3.По результатам проведенных к настоящему времени исследований можно выделить четыре режима обтекания конфигурации из двух параллельных цилиндров [Белов И А. и др., 1981].

Далее

До последнего времени случаю расположения цилиндров под углом выноса исследователи уделяли мало внимания, хотя на практике он встречается довольно часто. Большинство работ, относящихся к данной проблеме, носит экспериментальный характер [Здравкович М. М., 1977; Кия и др., 1980; БауоиЬ А., 1982].

Далее

Как уже отмечалось, существенное отличие обтекания цилиндров малого удлинения от обтекания цилиндров большого удлинения связано с наличием концевых эффектов, проявляющихся в существенной трехмерности течения. Трудности создания математической модели, адекватно описывающей поле течения за парой консольных цилиндров, сложность экспериментальных методов исследования трехмерных потоков стали причиной малой изученности рассматриваемой задачи.

Далее

Эксперименты проводились в аэродинамической трубе Т-324 согласно схеме, показанной на рис. 4.6. Два латунных цилиндра удлинением X = 10 (й= 20 мм, Н= 203 мм) с помощью винтового соединения жестко крепились к поворотному столу - стальному диску диаметром 435 мм и толщиной 5 мм. Верхняя часть диска была спрофилирована так, что практически отсутствовал уступ при его установке на пластине.

Далее

Г л а в а 4. ОБТЕКАНИЕ ДВУХ КОНСОЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ.Видно, что профили скорости в зазоре для среднего сечения консольных цилиндров и любого сечения цилиндров большого удлинения подобны. Они свидетельствуют о малой скорости потока (зазор шириной один калибр) и о распространении такого течения почти на все пространство между крайними точками цилиндра в плоскости, перпендикулярной его оси. Здесь образуется сильно турбулизированная область, в которой жидкость движется в направлении, обратном набегающему потоку, что подтверждают измерения лазерным допплеровским анемометром, приведенные в работе [Савицкас Ю. Ю., 1988]. Ширина этой области обычно зависит от режима течения отрывающегося пограничного слоя и абсолютной величины числа Рейнольдса. В нашем случае она равна примерно 1,2с/, что соответствует ламинарному отрыву. Однако по мере приближения к свободному концу цилиндра поле скоростей в зазоре видоизменяется - область почти полного отсутствия течения сужается, максимумы интегральной интенсивности пульсаций скорости приближаются к оси симметрии системы из двух тел (рис. 4.7, а). Можно предположить, что сужение области обратных токов у верхнего основания примерно до 0,7с/ вызвано отрывом с боковой поверхности турбулентного пограничного слоя, инициируемого действием пограничного слоя, сходящего с торца переднего цилиндра. Также не исключено, что происходит затекание воздуха в зазор вследствие пространственного взаимодействия этих пограничных слоев. Ясно, что рассматриваемое течение отличается исключительно большой сложностью, вызванной совместным проявлением эффектов вязкости и вихревой природы, на которые накладывается турбулентность. Поэтому для более глубокого понимания изложенных экспериментальных данных нужна более широкая информация, в частности, измерения частотных и спектральных характеристик течения.

Далее

Как отмечалось в обзорах ([Здравкович М. М., 1977; Коваленко В. М. и др., 1985]), при таком расположении двух круговых цилиндров значительного удлинения для всех поперечных расстояний больших двух калибров в обоих следах регистрируется одна частота отрыва и число БЬ, определенное по этой частоте, приблизительно такое же, как для одиночного цилиндра. В наших опытах (рис. 4.12) аналогичный характер течения наблюдается в среднем сечении двух консольных цилиндров удлинением X = 10 при поперечном расстоянии между ними, равном / = 2,2й.

Далее

Из большого числа возможных расположений двух консольных цилиндров под углом выноса рассматривалась ориентация под углом Р = 30° при межцентровом расстоянии / = 2,2с1. Как видно из рис. 4.22, этот случай характеризуется сильной интерференцией, проявляющейся в асимметрии картины течения во внутренней области между цилиндрами. Течение в зазоре смещено в сторону переднего цилиндра, кроме того, ширина следа за задним цилиндром становится намного больше, чем за передним. Аналогичный характер течения наблюдается при обтекании цилиндров бесконечного удлинения [Дауётас П. М. и др., 1984]. В указанной работе также установлено, что вследствие взаимодействия струйного течения между цилиндрами с набегающим потоком в сечении х/й =1,0 за задним цилиндром вертикальная составляющая скорости в полтора раза превышает Цо и отмечается значительный максимум пульсационной составляющей данной скорости.

Далее

Все опыты проводились в малотурбулентной аэродинамической трубе Т-324 ИТПМ СО РАН. Использовались модели аэродинамически гладких круговых цилиндров удлинением X = 1 и 2, диаметром 25 мм. Цилиндры одинакового размера устанавливались вертикально в окне на боковой стенке аэродинамической трубы, на расстоянии 2 м вниз по потоку от входа в рабочую часть (рис. 4.25). Рассматривалось их расположение при Р = 0, 30 и 90° и при расстояниях между осями Ш = 1,2 и 2,2. Поля скоростей определялись только в продольном направлении по результатам термоанемометрических измерений однониточным датчиком.

Далее

Для последующего сопоставления с обтеканием двух цилиндров на рис. 4.29 даны профили осредненной скорости и распределение пульсаций скорости в разных сечениях по высоте в ближнем следе за одиночным цилиндром, погруженным в турбулентный пограничный слой. Видно, что с приближением к торцу характер течения видоизменяется, на оси следа значения средней скорости и пульсаций возрастают, что указывает на существование вихревого течения вследствие схода с поверхности торца свободных вязких слоев. С уменьшением удлинения зона такого течения расширяется вдоль образующей цилиндра вплоть до нижнего основания.

Далее

Г л а в а 5. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО.Впервые сооружение, работающее по этому принципу, было построено в Германии в Уб1кПг ег, на экспериментальной электростанции мощностью 230 МВт. В этом случае соотношение расхода воздуха и дымовых газов составляло 17:1, что обеспечивало снижение концентраций загрязнений у выходного сечения сооружения в 10 раз по сравнению с выбросами из дымовой трубы. В то же время при эксплуатации этого сооружения обнаружились его недостатки, что в первую очередь относилось к недогреву смеси газов, карбонизации бетонной оболочки, обмерзанию в зимнее время оросителя.

Далее

Первым шагом для разработки физической модели КВС является выбор исходных данных. В табл. 5.1 приведены исходные данные проектируемого спецсооружения, используемые при моделировании.

Далее

Главная экспериментальная трудность модельных аэродинамических и теплофизических исследований как градирен, так и дымовых труб заключается в воспроизведении натурных условий их работы.Здесь / - характерный размер; и - характерный компонент скорости потока; ср - теплоемкость воздуха при постоянном давлении; р0 -средняя плотность воздуха; X - коэффициент теплопроводности; V -коэффициент кинематической вязкости; АТ - разность температур; g -ускорение силы тяжести; р - коэффициент теплового расширения; а -коэффициент температуропроводности.

Далее

Экспериментальное исследование взаимодействия двух газодинамических потоков внутри и вне оболочки КВС при поперечноточном расположении теплообменников и центральном расположении газовыпускного устройства проводилось на геометрически подобной модели, выполненной из стеклоткани, пропитанной эпоксидным клеем с толщиной стенки 2 мм. Подробно конструкция модели КВС приведена на рис. 5.1. Для создания аэродинамического сопротивления во входных окнах модели размещалась металлическая сетка с размерами ячейки 1x1 мм и сопротивлением £,= 1,5. Моделирование потока воздуха в оболочке градирни и истечение газа из насадка дымовой трубы осуществлялось с помощью специальных устройств с подогревом воздуха.

Далее

Исходя из поставленной задачи изучение взаимодействия двух газодинамических потоков КВС осуществлялось при отсутствии и наличии ветрового потока.Испытания при штиле. В этом случае благодаря штатному координатному устройству, позволявшему перемещать измерительный датчик по трем координатам: х, у, г, эксперименты проводились в открытой рабочей части дозвуковой аэродинамической трубы Т-503 НГТУ. Схема эксперимента представлена на рис. 5.4.

Далее

Тарировка датчика при измерениях средней скорости проводилась в аэродинамической трубе Т-503 НГТУ в режиме термокомпенсации по показаниям эталонного жидкостного микроманометра ММН-240.Соответствующая температурная тарировка датчика осуществлялась в диапазоне от 0 до 130 °С с помощью потока от тепловентилятора и помещения нити датчика в тающий снег. Тепловентилятор был снабжен специальной конфузорной насадкой для создания равномерного по температуре потока. Показания ТАИК-3 сравнивались с показаниями цифрового вольтметра от хромель-копелевой термопары, используемой в качестве эталона температуры.

Далее

Наиболее информативной характеристикой о режиме работы КВС является поле температур потока в различных сечениях оболочки, демонстрирующее эффективность работы сооружения в целом. На рис. 5.7 даны поля средних температур для трех исследуемых сечений. Характеристики представлены в виде изотерм в процентах от максимальной температуры на срезе «дымовой трубы» (7тах = 170 °С).

Далее

Сравнение рис. 5.10 и 5.11 при слабом ветре (£/о=3 м/с) с соответствующими рис. 5.8 и 5.9, полученными в условиях штиля (С/0=0), показывает, что качественно картина течения внутри оболочки КВС не претерпевает кардинальных изменений. В то же время имеются и заметные различия.

Далее

Распределения по координате у относительной концентрации скалярной, увлекаемой потоком пассивной примеси См (нормированной на максимальную концентрацию на выходе трубы), вносимой в поток «дымовой трубой», показаны на рис. 5.14 для трех сечений (1, 2, 4) при х = 0. Соответствующие распределения для концентрации Сс (нормированной на среднюю концентрацию примеси на выходе трубы) легко могут быть получены из приведенных графиков с помощью формулы Сс= 1,44 См.

Далее

Заблаговременное и оперативное прогнозирование рассеивания в приземном пограничном слое вредных веществ от дымовых труб, а также масштабов заражения на случай выбросов химических веществ в окружающую среду при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте является наиболее актуальной задачей в общей проблеме охраны окружающей среды. В первую очередь это связано с тем, что загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени отрицательно влияют на здоровье людей. Наибольшую опасность для природы и человека представляют так называемые «тяжелые» газы, так как они распространяются преимущественно вдоль поверхности земли из-за сил гравитации, препятствующих их активному перемешиванию. Поэтому необходимы научно обоснованные рекомендации для министерств и ведомств, администраций республик, краев, областей, городов, районов и объектов национального хозяйства для принятия экстренных мер и планирования мероприятий по защите населения от воздействия вредных веществ.

Далее

В настоящее время теоретические исследования сосредоточены на нахождении аналитических решений уравнения переноса примеси в турбулентной атмосфере. Для построения замкнутого решения это уравнение обычно дополняется уравнениями движения, неразрывности, баланса турбулентной энергии, движения частиц примеси и капель облаков. Однако в этой общей постановке задача трудноразрешима даже с применением современных численных методов и суперЭВМ. Поэтому к настоящему времени выполнено большое число оценок загрязнения атмосферы для некоторых частных случаев, которые получены на основе различных предположений об источниках примесей, о характере движения, коэффициентах уравнений и др. Но проблема еще слишком далека от своего полного разрешения.

Далее

Здесь первое слагаемое слева представляет собой турбулентный поток г-й примеси, второе - поток /-й примеси за счет гравитационного оседания (У/ ; - скорость оседания); /(х, у, /) - функция, описывающая источники примеси на уровне земной поверхности; Р, - множитель (с размерностью скорости), характеризующий взаимодействие /-й примеси с подстилающей поверхностью, при р, = 0 наблюдается отражение примеси от поверхности, р; —» оо - полное поглощение. Для большинства примесей значения множителя р/ неизвестны.

Далее