Πειραματική μελέτη του πεδίου ροής σε διατάξεις εμποδίων επίπεδης επιφάνειας

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε πειραματικά το πεδίο ταχυτήτων γύρω από τα στοιχεία επιφανειακής τραχύτητας τεσσάρων διαφορετικών διατάξεων με τη χρήση της μεθόδου PIV – Particle Image Velocimetry. Οι δύο διατάξεις της επιφανειακής τραχύτητας αποτελούμενες από συνεχείς μπάρες ορθογωνικής διατομής με λόγο μήκους κοιλότητας προς ύψος εμποδίου w/k = 4 και 6 αντίστοιχα, και οι άλλες δύο από σπασμένες μπάρες ορθογωνικής διατομής με λόγο μήκους κοιλότητας προς ύψος εμποδίου w/k = 4 και w/k = 6 αντίστοιχα, τοποθετούνται στο κάτω τοίχωμα αεροδυναμικής σήραγγας ορθογωνικής διατομής με λόγο πλάτους προς ύψος διατομής (aspect ratio) ίσο με 1.78 (400/225) και εκτίθενται σε πλήρως τυρβώδη ροή αέρα, μέσης ταχύτητας Ue = 2.43 m/s. Το πεδίο ταχυτήτων οπτικοποιείται, και συγκρίνεται με τις εργασίες των D. Cavallero και G. Tanda[11] και Α. Νταουλτζή[21], οι οποίοι με τη βοήθεια θερμογραφίας υγρών κρυστάλλων, κατέγραψαν την κατανομή του συντελεστή συναγωγής σε θερμαινόμενη επιφάνεια με επιφανειακή τραχύτητα εκτεθειμένη σε ρεύμα αέρα. Με αυτό τον τρόπο επιχειρείται η συσχέτιση της μεταβολής του πεδίου ταχυτήτων και της μεταφοράς θερμότητας γύρω από τα στοιχεία επιφανειακής τραχύτητας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μεταφορά θερμότητας, όπως και το πεδίο ταχυτήτων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη γεωμετρία της επιφανειακής τραχύτητας. Οι μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή συναγωγής εντοπίζονται κοντά στα σημεία επανακόλλησης της ροής, ενώ οι μικρότερες, σε σημεία όπου ροή παγιδεύεται εξαιτίας της αποκόλλησης.

The present Diploma Thesis, deals with the experimental investigation of the velocity field in the vicinity of four rib configurations by means of Particle Image Velocimetry. The four rib configurations (the two consisting of continuous ribs with pitch ratios w/k = 4 and 6, and the rest of broken ribs with pitch ratios w/k = 4 and 6) were deployed transverse to the main direction of the fully developed turbulent flow of free stream velocity Ue = 2.43 m/s. The experiment was conducted in a channel of rectangular cross-section, with an aspect ratio (width to height) equal to 1.78 (400/225). The velocity field is compared with the experimental results of D. Cavallero and G. Tanda[11] and A. Daoultzis[21], who measured the local heat transfer coefficient distributions over a heated rib-roughened plate exposed to air flow, by means of liquid crystal thermography, in order to establish a correlation between the velocity field variation and heat transfer. The results showed that the heat transfers, as well as the velocity field, are strongly related to the geometry of surface roughness. The greater values of the local heat transfer coefficient are attained at the reattachment points whilst its smaller values are attained near the points where the flow is trapped in small vortices due to flow separation.