Поверхность,обтекаемая жидкостью или газом Советский патент 1984 года по МПК F15D1/00 

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано для снижения затрат энергии на перекачку жидкостей и газов по трубам и на движение разных устройств в жидкостях и газах. Известна поверхность, обтекаемая жидкостью или газом, содержащая мелкие выступающие злементы в виде ворса 1 . Применение этой поверхности для снижения сопротивления затрудняется такими ее недостатками, как сложность изготовления и дороговизна во систого покрытия, трудность точного выдерживания гидродинамических форм тела, покрытого ворсом, старение со временем материала ворса и изменени его упругих и демпфирующих свойств. Наиболее близкой к изобретению является поверхность, обтекаемая жид костью или газом, содержащая ориенти рованные вдоль потока выступающие элементы, например в виде ребер треугольного поперечного сечения с закругленной вершиной 2J, Недостаток известной поверхности заключается в том, что характеристики геометрии ребристой поверхности н оптимизированы, что не позволяет эффективно снизить турбулентное трение. Цепь изобретения - снижение турбулетного трения при по крайней мере слабом проявлении сжимаемости потока. Эта цель достигается тем, что.на поверхности, обтекаемой жидкостью или газом, содержащей ориентированные вдоль потока выступающие злементы, например в виде ребер треугольного поперечного сечения с закругленной вершиной, безразмерная высота ребер определяется неравенством .,,, высота ребер; скорость потока на внешней границе пограничного слоя; 9 - коэффициент кинематической вязкости жидкости или газа Cj- местный коэффициент сопротивления трению, при этом отношение расстояния V между соседними ребрами к высоте h ребра определяется неравенством 0, с 4, а отношение радиуса т закругления вершин ребер к высоте V) ребра неравенством Ih : 0,4. На фиг.1 показана схема течения жидкости вблизи ребристой поверхности; на фиг. 2 - обратная зависимость отношения коэффициента сопротивления трения ребристой поверхности ( ) к коэффициенту сопротивления трения гладкой поверхности () от безразмерной высоты ребер (, на фиг опытная зависимость минимальной величины отношения(С1р/с iintT отношения радиуса закругления ребер к высоте ребра, на фиг.4 - опытная зависимость р/,. „ от величины угла между ребрами. Ребристая поверхность fфиг.l) характеризуется геометрией ее профиля| а именно высотой h ребер, расстоянием Ъ между вершинами ребер, радиусом Р округления вершин ребер и углом Ц) между ребрами. Во впадинах между ребрами 1 размещается 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 порождается элементарным выбросом 3 заторможенной жидкости из вязкого подслоя в турбулентное ядро течения. Выброс 3 происходит внутри вытянутого по потоку подковообразного вихря 2. В том случае когда поверхность выполнена .ребристой, вихри 2 располагаются во впадинах между ребрами 1, что способствует вязкому торможению вихрей 2, а следовательно, и ослаблению выброса 3,, поскольку вихри 2 располагаются между ребрами 1. Шаг вихрей 2 определяется расстоянием между вершинами ребер 1. Ослабление выбросов 3 приводит к уменьшению степени турбулентности потока в пограничном слое и, соответственно, к уменьшению сопротивления трению. Опытные данные показывают (фиг.24; зависимости коэффициента трения от геометрических характеристик реб ристой поверхности. Так, коэффициен сопротивления трению (фиг.2) оребренной поверхности С{р по сравнению с коэффициентом сопротивления гладкой поверхности Cj снижается и имеет минимальные значения при К 3-25, измененииb Ь от 1,2 до 4,0 и при величинах 0,1 и ip 60. На величину коэффициента сопроти ления трению ребристой поверхности (фиг.З) значительное влияние оказывает величина отношения радиуса закругления вершины ребер к высоте ребра. Снижение сопротивления трению особенно заметно при изменении Г/ h в пределах 0,1-0,4 приЬ/h 2,0-2,5 и Ц) 60°. Таким образом, для того, чтобы вихри 2 могли располагаться только между ребрами i, угол между последними должен быть достаточно острым. Если Вершины ребер I слишком скруглены, то вихри 2 могут разместиться не в межреберном пространстве, и тогда эффект снижения сопротивления может исчезнуть. По опытным данным, зависимость изменения коэффихщента сопротивления трению ребристой поверхности от угла между ребрами 1 вьфажена слабо и колеблется в пределах 2% при изменеии угла между ребрами 25 - ЮО для ребристой поверхности с 2 и rjh 0, i (фиг.4). Применение изобретения позволяет уменьшить величину сопротивления трению и тем самым затрату энергии.

ПОВЕРХНОСТЬ,-ОБТЕКАЕМАЯ ЛМДКОСТЬЮ ИЛИ ГАЗОМ, содержащая орие.нтированные вдоль потока выступающие Элементы, например в виде ребер треугольного поперечного сечения с закругленной вершиной, отличающаяся тем, что, с целью снижения турбулентного трения при по крайней мере слабом проявлении сжимаемости потока, безразмерная высота ребер определяется неравенством , где - высота ребра; V - скорость потока на внешней границе пограничного слоя; . - коэффициент кинематической вязкости жидкости или газа Ci- местный коэффициент сопротивления трению, при этом отношение расстояния о меж ду соседними ребрами к высоте Ь ребра определяется неравенством 0, 4, § а отношение радиуса г закругления вершин ребер к высоте Ь ребра - не(Л равенством /h 0,4, с:

,} 60

Т

№

/

-г- fS

25

JO

М.2

-V// /r i

I л I ii

( 1.ОЛ

Фиг.З

bjh 2 .I /h