SU1086246A1

SU1086246A1 - Gas or liquid flow around surface

Info

Publication number: SU1086246A1
Application number: SU792847405A
Authority: SU
Inventors: Евгений Сергеевич Виноградов
Original assignee: Vinogradov Evgenij S
Priority date: 1979-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1984-04-15

Abstract

ПОВЕРХНОСТЬ,-ОБТЕКАЕМАЯ ЛМДКОСТЬЮ ИЛИ ГАЗОМ, содержаща орие .нтированные вдоль потока выступающие Элементы, например в виде ребер треугольного поперечного сечени с закругленной вершиной, отличающа с тем, что, с целью снижени турбулентного трени при по крайней мере слабом про влении сжимаемости потока, безразмерна высота ребер определ етс неравенством , где - высота ребра; V - скорость потока на внешней границе пограничного сло ; . - коэффициент кинематической в зкости жидкости или газа Ci- местный коэффициент сопротивлени трению, при этом отношение рассто ни о меж ду соседними ребрами к высоте Ь ребра определ етс неравенством 0, 4, § а отношение радиуса г закруглени вершин ребер к высоте Ь ребра - не (Л равенством /h 0,4, с:A SURFACE, LAYERED BY LUMIDITY OR GAS, contains protruding protruding elements, for example, in the form of ribs of a triangular cross section with a rounded tip, characterized in that, in order to reduce turbulent friction with at least a weak appearance of the compressibility of flow, the height of the edges is determined by the inequality, where is the height of the edge; V is the flow velocity at the outer boundary of the boundary layer; . - coefficient of kinematic viscosity of a liquid or gas; Ci is a local coefficient of friction resistance, the ratio of the distance between adjacent edges to the height b of the edge is determined by the inequality 0, 4, § and the ratio of the radius r of the rounding of the edges of the edges to the height b of the edge is not (L equality / h 0,4, with:

Description

Изобретение относитс к гидродинамике и может быть использовано дл снижени затрат энергии на перекачку жидкостей и газов по трубам и на движение разных устройств в жидкост х и газах. Известна поверхность, обтекаема жидкостью или газом, содержаща мелкие выступающие злементы в виде ворса 1 . Применение этой поверхности дл снижени сопротивлени затрудн етс такими ее недостатками, как сложность изготовлени и дороговизна во систого покрыти , трудность точного выдерживани гидродинамических форм тела, покрытого ворсом, старение со временем материала ворса и изменени его упругих и демпфирующих свойств. Наиболее близкой к изобретению вл етс поверхность, обтекаема жид костью или газом, содержаща ориенти рованные вдоль потока выступающие элементы, например в виде ребер треугольного поперечного сечени с закругленной вершиной 2J, Недостаток известной поверхности заключаетс в том, что характеристики геометрии ребристой поверхности н оптимизированы, что не позвол ет эффективно снизить турбулентное трение . Цепь изобретени - снижение турбулетного трени при по крайней мере слабом про влении сжимаемости потока . Эта цель достигаетс тем, что.на поверхности, обтекаемой жидкостью или газом, содержащей ориентированные вдоль потока выступающие злементы , например в виде ребер треугольного поперечного сечени с закругленной вершиной, безразмерна высота ребер определ етс неравенством .,,, высота ребер; скорость потока на внешней границе пограничного сло ; 9 - коэффициент кинематической в зкости жидкости или газа Cj- местный коэффициент сопротивлени трению, при этом отношение рассто ни V между соседними ребрами к высоте h ребра определ етс неравенством 0, с 4, а отношение радиуса т закруглени вершин ребер к высоте V) ребра неравенством Ih : 0,4. На фиг.1 показана схема течени жидкости вблизи ребристой поверхности; на фиг. 2 - обратна зависимость отношени коэффициента сопротивлени трени ребристой поверхности ( ) к коэффициенту сопротивлени трени гладкой поверхности () от безразмерной высоты ребер (, на фиг опытна зависимость минимальной величины отношени (С1р/с iintT отношени радиуса закруглени ребер к высоте ребра, на фиг.4 - опытна зависимость р/,. „ от величины угла между ребрами. Ребриста поверхность fфиг.l) характеризуетс геометрией ее профил | а именно высотой h ребер, рассто нием Ъ между вершинами ребер, радиусом Р округлени вершин ребер и углом Ц) между ребрами. Во впадинах между ребрами 1 размещаетс вихрь 2 и элементарный выброс 3 заторможенной жидкости при векторе 4 скорости потока вдоль ребристой поверхности. Обтекание поверхности потоком жидкости происходит следующим образом . При течении жидкости вдоль поверхности ребер 1 турбулентность в пограничном слое порождаетс элементарным выбросом 3 заторможенной жидкости из в зкого подсло в турбулентное дро течени . Выброс 3 происходит внутри выт нутого по потоку подковообразного вихр 2. В том случае когда поверхность выполнена .ребристой , вихри 2 располагаютс во впадинах между ребрами 1, что способствует в зкому торможению вихрей 2, а следовательно, и ослаблению выброса 3,, поскольку вихри 2 располагаютс между ребрами 1. Шаг вихрей 2 определ етс рассто нием между вершинами ребер 1. Ослабление выбросов 3 приводит к уменьшению степени турбулентности потока в пограничном слое и, соответственно, к уменьшению сопротивлени трению. Опытные данные показывают (фиг.24; зависимости коэффициента трени от геометрических характеристик реб ристой поверхности. Так, коэффициен сопротивлени трению (фиг.2) оребренной поверхности С{р по сравнению с коэффициентом сопротивлени гладкой поверхности Cj снижаетс и имеет минимальные значени при К 3-25, измененииb Ь от 1,2 до 4,0 и при величинах 0,1 и ip 60. На величину коэффициента сопроти лени трению ребристой поверхности (фиг.З) значительное вли ние оказывает величина отношени радиуса закруглени вершины ребер к высоте ребра. Снижение сопротивлени трению особенно заметно при изменении Г/ h в пределах 0,1-0,4 приЬ/h 2,0-2,5 и Ц) 60°. Таким образом, дл того, чтобы вихри 2 могли располагатьс только между ребрами i, угол между последними должен быть достаточно острым. Если Вершины ребер I слишком скруглены , то вихри 2 могут разместитьс не в межреберном пространстве, и тогда эффект снижени сопротивлени может исчезнуть. По опытным данным, зависимость изменени коэффихщента сопротивлени трению ребристой поверхности от угла между ребрами 1 вьфажена слабо и колеблетс в пределах 2% при изменеии угла между ребрами 25 - ЮО дл ребристой поверхности с 2 и rjh 0, i (фиг.4). Применение изобретени позвол ет уменьшить величину сопротивлени трению и тем самым затрату энергии.The invention relates to hydrodynamics and can be used to reduce energy costs for pumping liquids and gases through pipes and the movement of various devices in liquids and gases. A surface known to be streamlined by a liquid or gas containing fine protruding elements in the form of a nap 1. The use of this surface to reduce the resistance is made difficult by such disadvantages as the complexity of manufacturing and high cost of the systemic coating, the difficulty of precisely maintaining the hydrodynamic forms of the body covered with pile, aging with time of the pile material and changing its elastic and damping properties. Closest to the invention is a surface streamlined by a liquid or gas containing protruding elements oriented along the flow, for example, in the form of triangular cross-section edges with a rounded apex 2J. A disadvantage of the known surface is that the geometry of the ridge surface is optimized, does not effectively reduce turbulent friction. The circuit of the invention is a reduction in turbulent friction with at least a weak manifestation of compressibility of flow. This goal is achieved by the fact that on a surface streamlined by a liquid or gas containing protruding elements oriented along the flow, for example, in the form of triangular cross-section edges with a rounded tip, the dimensionless height of the edges is determined by the inequality. flow rate at the outer boundary of the boundary layer; 9 is the kinematic viscosity coefficient of a liquid or gas; Cj is the local coefficient of friction resistance; the ratio of the distance V between adjacent edges to the height h of the edge is determined by the inequality 0, c 4, and the ratio of the radius t of rounding the edges of the edges to the height V) of the edge Ih: 0.4. Figure 1 shows a flow diagram of a fluid near a ribbed surface; in fig. 2 shows the inverse dependence of the ratio of the coefficient of friction resistance of a ribbed surface () to the coefficient of resistance of friction of a smooth surface () on the dimensionless height of the ribs (, fig. Experimental dependence of the minimum ratio (S1p / s iintT of the ratio of the radius of the edges to the height of the edge), in Fig.4 - Experimental dependence of p /, ... on the magnitude of the angle between the ribs. The ribbed surface (f) l) is characterized by the geometry of its profile | namely, the height h of the edges, the distance b between the vertices of the edges, the radius P rounding the vertices of the edges and the angle D m) between the ribs. In the cavities between the ribs 1, a vortex 2 and an elementary ejection 3 of the hindered fluid are placed at the vector 4 of the flow velocity along the ribbed surface. The flow around the surface of the fluid flow is as follows. As the fluid flows along the surface of the ribs 1, turbulence in the boundary layer is generated by an elementary discharge of 3 inhibited fluid from the viscous sublayer to the turbulent core of the flow. Ejection 3 occurs inside a horseshoe-shaped vortex 2. The surface where the surface is made is ribbed, vortices 2 are located in the cavities between the fins 1, which contributes to the viscous deceleration of vortices 2 and, consequently, weakening the ejection 3, because vortices 2 are located between the ribs 1. The vortex spacing 2 is determined by the distance between the vertices of the ribs 1. The weakening of emissions 3 leads to a decrease in the degree of turbulence of the flow in the boundary layer and, consequently, to a decrease in friction resistance. Experimental data shows (Fig. 24; dependence of the coefficient of friction on the geometrical characteristics of the ribbed surface. Thus, the coefficient of friction resistance (Fig. 2) of the finned surface C {p compared to the coefficient of resistance of the smooth surface Cj decreases and has minimum values at K 3- 25, changing b b from 1.2 to 4.0 and with values of 0.1 and ip 60. The value of the coefficient of resistance to friction of the ribbed surface (Fig. 3) is significantly affected by the ratio of the radius of the top of the ribs to the height of the ribs. e frictional resistance is particularly noticeable when changing the T / h in the range 0.1-0.4 pri / h 2,0-2,5 and D) of 60 °. Thus, in order for the vortices 2 to be located only between the ribs i, the angle between the latter must be sufficiently sharp. If the tops of the edges I are too rounded, then the vortices 2 can be placed not in the intercostal space, and then the effect of reducing resistance may disappear. According to experimental data, the dependence of the coefficient of friction resistance of the ribbed surface on the angle between the ribs 1 is weak and varies within 2% when the angle between the ribs 25-OO changes for the ribbed surface with 2 and rjh 0, i (Fig.4). The application of the invention makes it possible to reduce the magnitude of the friction resistance and thereby the expenditure of energy.

,} 60,} 60

ТT

№No

//

-г- fS-r- fS

2525

JOJO

М.2M.2

-V// /r i-V // / r i

I л I ii I l I ii

( 1. ОЛ (1. OL

Фиг.ЗFig.Z

bjh 2 .I /hbjh 2 .I / h

Claims

SURFACE -WATED BY LIQUID OR GAS, containing protruding Elements oriented along the flow, for example in the form of ribs of a triangular cross section with a rounded apex, characterized in that, in order to reduce turbulent friction with at least weak manifestation of the compressibility of the flow, the dimensionless height ribs is determined by the inequality where I] is the height of the ribs;

V is the flow velocity at the outer boundary of the boundary layer; .

'ί - kinematic viscosity coefficient of a liquid or gas}

C | is the local coefficient of resistance to friction, and the ratio of the distance b between the adjacent ribs to the height b of the rib is determined by the inequality 0.5 < ^b / h <4, and the ratio of the radius of radius r * of curvature

the vertices of the ribs to the height h of the ribs - not equality “0.4,

About No.

□ 5