Поверхность, обтекаемая турбулентным газовым потоком

Изобретение относится к области гидрогазодинамики и может быть использовано при транспортировке газообразных сред по трубопроводам или при перемещении тел в газообразных средах. Со стороны потока на обтекаемой поверхности содержатся демпфирующие полости для гашения высокочастотных пульсаций с перфорационными отверстиями со стороны потока. Поверхность дополнительно снабжена демпфирующими полостями для гашения пульсаций с более низкой частотой, которые выполнены более крупного объема, сообщаются с потоком посредством нескольких перфорационных отверстий и чередуются с более мелкими демпфирующими полостями. Технический результат - эффективное снижение турбулентного трения на поверхности, обтекаемой турбулентным газовым потоком. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидрогазодинамики и может быть использовано при транспортировке газообразных сред по трубопроводам или при перемещении тел в газообразных средах.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является поверхность, обтекаемая жидкостью или газом (Патент на изобретение №2204743, F15D 1/00. Поверхность, обтекаемая турбулентным газовым потоком /Ковальногов Н.Н., Хахалева Л.В., Ермолаева Е.К./ Заявл. 08.01.2002. Опубл. 20.05.2003 - прототип).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве результат достигается в ограниченном диапазоне частот турбулентных пульсаций давления в пограничном слое.

Сущность изобретения заключается в следующем: проблема создания эффективных методов и устройств для снижения сопротивления трения в турбулентных потоках привлекает значительное внимание исследователей. Снижение сопротивления трения позволяет уменьшить затраты энергии на прокачку среды по трубопроводам, увеличивать дальность полета тел по баллистической траектории или уменьшать расход топлива в летательных аппаратах. Однако к настоящему времени удовлетворительного решения этой проблемы не получено. Некоторые из предлагаемых способов снижения сопротивления трения затруднительно распространить за пределы исследовательской лаборатории; эффективность других не подтверждена экспериментально и отсутствуют количественные данные по снижению трения.

Технический результат - эффективное снижение сопротивления турбулентного трения в более широком диапазоне частот за счет гашения пульсаций более низкой частоты. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве снижение сопротивления трения на поверхности, обтекаемой турбулентным потоком газа, происходит благодаря подавлению турбулентных пульсаций демпфирующими полостями. Особенность заключается в том, что демпфирующие полости должны быть различного объема. Кроме того, особенность заключается в том, что количество перфорационных отверстий, сообщающихся с каждой демпфирующей полостью, зависит от объема полости.

Включение в совокупность существенных признаков, характеризующих устройство, позволяет еще больше снизить сопротивление трения.

На чертеже представлена схема поверхности, обтекаемой газовым потоком.

Поверхность, обтекаемая турбулентным газовым потоком, содержит: 1 - перфорационные отверстия; 2 - демпфирующие полости для гашения высокочастотных пульсаций; 3 - демпфирующие полости для гашения пульсаций с более низкой частотой. Демпфирующие полости 3 выполнены более крупного объема по сравнению с полостями 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Поток, движущийся со скоростью w, через перфорационное отверстие 1 в обтекаемой поверхности взаимодействует с демпфирующей полостью 2 для гашения высокочастотных пульсаций. При этом высокочастотные турбулентные пульсации давления (и скорости) вблизи поверхности приводят к перетеканию некоторой массы газа m в полость и обратно. Из-за пружинящего эффекта полости (на чертеже символом k1 обозначена упругость эквивалентной пружины) турбулентные пульсации будут ослабевать, что приведет к уменьшению сопротивления трения потока (а также интенсивности тепло- и массоотдачи) на обтекаемой поверхности. Аналогично, демпфирующие полости 3 для гашения пульсаций с более низкой частотой (с упругостью эквивалентной пружины k2) будут подавлять турбулентные пульсации более низкой частоты.

Кроме того, особенность заключается в том, количество перфорационных отверстий, сообщающихся с каждой полостью, может различаться в зависимости от объема полости и от частоты. Однако, если расстояние между отверстиями меньше размера турбулентного образования, то механизм взаимодействия потока с полостью остается таким же, как и при одном отверстии. Если же расстояние между отверстиями больше размера турбулентного образования, то будет проявляться взаимное влияние отверстий на взаимодействие полости с движущимся потоком.

Кроме того, поверхность следует структурировать следующим образом. Приблизительно на две небольших демпфирующих полости должна приходиться одна более крупная полость для подавления пульсаций с более низкой частотой. Введение полостей различного объема позволяет подавлять турбулентные пульсации в более широком диапазоне частот. Этим достигается демпфирующий эффект, снижающий сопротивление трения, а следовательно, и коэффициент теплоотдачи.

Поверхность, обтекаемая турбулентным газовым потоком, содержащая демпфирующие полости для гашения высокочастотных пульсаций с перфорационными отверстиями со стороны потока, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена демпфирующими полостями для гашения пульсаций с более низкой частотой, которые выполнены более крупного объема, сообщаются с потоком посредством нескольких перфорационных отверстий и чередуются с более мелкими демпфирующими полостями.