Πειραματική μέτρηση μεταβολής του αριθμού Stanton σε γωνιακή ροή αγωγού ορθογώνιας διατομής

• Κύριος συγγραφέας: Κήπος, Φώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Kipos, Fotis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Αριθμός Stanton; Μετάδοση θερμότητας; Δευτερογενείς ροές; Γωνιακή ροή; Ορθογώνιος αγωγός

Η τυρβώδης γωνιακή ροή είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται συχνά στα εξαρτήματα στροβιλομηχανών, στις συνδέσεις πτερυγίου-ατράκτου των αεροσκαφών, στα σημεία επαφής πτερυγίων-σωλήνα στους θερμικούς εναλλάκτες, στις βάσεις γεφυρών και στα προσαρτήματα υποβρυχίων. Είναι γενικά κατανοητό ότι οι γωνιακές ροές προκαλούν υψηλή επιφανειακή μεταφορά θερμότητας κοντά στις παραπάνω συνδέσεις. Η αύξηση αυτή, της μετάδοσης θερμότητας στα τειχώματα, επηρεάζει σοβαρά την απόδοση των θερμότερων τμημάτων στα εξαρτήματα των στροβιλοκινητήρων, όπως είναι η πρώτη βαθμίδα πτερυγίων του στροβίλου. Όπως γίνεται αντιληπτό, όσο η εξάρτηση από τις υπολογιστικές αναλύσεις για τη μετάδοση θερμότητας αυξάνεται στον σχεδιασμό των στροβιλοκινητήρων, τόσο αυξάνεται και η ανάγκη για λεπτομερή και ποιοτικά πειραματικά δεδομένα. Μια περιοχή του στροβίλου που παρουσιάζει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης θερμότητας είναι η περιοχή του πτερυγικού διακένου, η περιοχή αυτή χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση έντονων τρισδιάστατων γωνιακών ροών. Η ύπαρξη των ροών αυτών μπορεί να προκαλέσει αρκετά μεγάλη αύξηση στους τοπικούς ρυθμούς μετάδοσης θερμότητας. Οι διατάξεις καμπύλων πτερυγίων, αν και αποτελούν προσομοιώσεις μεγαλύτερης ακρίβειας ενός πραγματικού στρόβιλου, παρουσιάζουν μεγάλη πολυπλοκοτητά στην πειραματική εφαρμογή τους. Το ευθυτενές σώμα εμπόδιο, και κατ΄επέκταση το ευθυτενές διάκενο της παρούσας πειραματικής διάταξης, αποτελεί μια αρκετά πιο απλοποιημένη επιλογή. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας, είναι ο πειραματικός προσδιορισμός και η μελέτη του ρυθμού μετάδοσης θερμότητας, μέσω του αδιάστατου αριθμού Stanton, στο ευθύγραμμο αυτό πτερυγικό διάκενο μέσω της αντίστοιχης θερμικής φόρτισης. Για τον σκοπό αυτό, διενεργήθηκαν θερμικές μετρήσεις στην πειραματική αεροσήραγγα του Εργαστηρίου Θερμοκινητήρων, τόσο στον κενό αγωγό, όσο και στον αγωγό εξοπλισμένο με το σώμα εμπόδιο. Από τα αποτελέσματα των θερμικών μετρήσεων στο δάπεδο του αγωγού, τόσο στον κενό αγωγό όσο και παρουσία του εμποδίου, παρατηρήθηκε σχετικά ομοιόμορφη κατανομή του αριθμού Stanton στις περιοχές ελεύθερης ροής. Αντίθετα στις περιοχές εμφάνισης γωνιακών ροών, όσο πλησιάζουμε στα τειχώματα, οι τιμές του αριθμού Stanton παρουσιάζουν αρκετά μεγάλη αύξηση, φτάνοντας εώς και σε τετραπλασιασμό. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο αριθμός Stanton είναι ένα πολύ ευαίσθητο μέγεθος σε σχέση με τις γωνιακές ροές.