Обсуждение космических программ
9,290,509
41,651
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 08 авг 2019 09:48:04 |
Соображения о шероховатости и теплообмене на стенке
новая дискуссия Дискуссия 230
Следует начать с того, что теплообмен на тонкой стенке с жидкостью с одной стороны и с газом на другой представляет собой т.н. сопряженный теплообмен, при котором тепловой поток через стенку, температуры обеих сторон стенки, жидкости и газа тесно связаны и любой расчет, не принимающий это во внимание, будет некорректным, а практический результат аварийным. Тем не менее, можно определить факторы, в существенной степени влияющие на теплообмен. Их достаточно много, но одним из важнейших является толщина пограничного слоя между потоком жидкости и поверхностью стенки. Толщина погранслоя зависит от режима течения и в ламинарном случае она максимальна. Соответственно, теплообмен при ламинарном течении наихудший. Толщина погранслоя в случае развитой турбулентности на порядок меньше, в результате чего теплообмен интенсифицируется и температура стенки на стороне жидкости падает. Соответственно падает, хотя и меньше (тепловой поток через стенку возрастает), температура стенки со стороны газа.
Что касается турбулентности, то в потоке есть два механизма, ее определяющих. С одной стороны механизм ее генерации, с другой – разрушения. Генерируется турбулентность в самом потоке из-за неустойчивости течения, свойственной нелинейному характеру движения жидкости, а также на шероховатой стенке.
Механизм подавления турбулентности один – вязкое трение в жидкости. Т.е. невязкое течение всегда турбулентное.
Размер первичных вихрей в ограниченном потоке в случае генерации за счет возникновения неустойчивостей имеет порядок характерного линейного размера потока, т.е. толщины канала. Такой же размер имеет и эффективный пограничный слой. Казалось бы, крупномасштабная турбулентность не улучшает радикально теплообмен. Так и есть – чем больше размер вихрей, тем слабее локальное перемешивание, т.е. перемешивания нв масштабах вихря как бы нет.
Но, существует т.н. каскадный механизм развития турбулентности, когда большие вихри распадаются на более мелкие, те еще на более мелкие и так далее. В конце концов в канале устанавливается течение с характерным размером вихрей и перемешивание в масштабах этих вихрей. Обратного механизма, кстати, нет – вихри не укрупняются. Если "включить" второй механизм генерации – шероховатость, то размер генерируемых вихрей будет иметь порядок шероховатостей. Это ускоряет распад более крупных вихрей и ведет к гомогенизации турбулентного потока, соответсвенно уменьшая толщину погранслоя. В узких каналах при небольших Re генерация за счет неустойчивости течения может быть нестабильной или вообще не стартануть. В этом случае шероховатая стенка гарантирует быстрое развитие турбулентности и интенсификацию теплообмена.
Детали можно погуглить по "турбулентный теплообмен на шероховатой стенке".
Помимо шероховатой стенки есть еще несколько механизмов интенсификации теплообмена и предотвращения локальных перегревов – радиально-осевое профилирование каналов. Оно позволяет работать в режимах близких к кипению теплоносителя без возникновения паровых подушек на горячей стенке. При этом расход жидкости может быть увеличен в несколько раз при одновременном снижении падения давления между входным и выходным коллекторами.
Что касается турбулентности, то в потоке есть два механизма, ее определяющих. С одной стороны механизм ее генерации, с другой – разрушения. Генерируется турбулентность в самом потоке из-за неустойчивости течения, свойственной нелинейному характеру движения жидкости, а также на шероховатой стенке.
Механизм подавления турбулентности один – вязкое трение в жидкости. Т.е. невязкое течение всегда турбулентное.
Размер первичных вихрей в ограниченном потоке в случае генерации за счет возникновения неустойчивостей имеет порядок характерного линейного размера потока, т.е. толщины канала. Такой же размер имеет и эффективный пограничный слой. Казалось бы, крупномасштабная турбулентность не улучшает радикально теплообмен. Так и есть – чем больше размер вихрей, тем слабее локальное перемешивание, т.е. перемешивания нв масштабах вихря как бы нет.
Но, существует т.н. каскадный механизм развития турбулентности, когда большие вихри распадаются на более мелкие, те еще на более мелкие и так далее. В конце концов в канале устанавливается течение с характерным размером вихрей и перемешивание в масштабах этих вихрей. Обратного механизма, кстати, нет – вихри не укрупняются. Если "включить" второй механизм генерации – шероховатость, то размер генерируемых вихрей будет иметь порядок шероховатостей. Это ускоряет распад более крупных вихрей и ведет к гомогенизации турбулентного потока, соответсвенно уменьшая толщину погранслоя. В узких каналах при небольших Re генерация за счет неустойчивости течения может быть нестабильной или вообще не стартануть. В этом случае шероховатая стенка гарантирует быстрое развитие турбулентности и интенсификацию теплообмена.
Детали можно погуглить по "турбулентный теплообмен на шероховатой стенке".
Помимо шероховатой стенки есть еще несколько механизмов интенсификации теплообмена и предотвращения локальных перегревов – радиально-осевое профилирование каналов. Оно позволяет работать в режимах близких к кипению теплоносителя без возникновения паровых подушек на горячей стенке. При этом расход жидкости может быть увеличен в несколько раз при одновременном снижении падения давления между входным и выходным коллекторами.
Отредактировано: adolfus - 08 авг 2019 09:54:51
ОТВЕТЫ (18)
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 09 авг 2019 00:47:21 |
Цитата: caSmith от 08.08.2019 11:52:55
Точно не скажу, но вполне возможно, поскольку сама технология из конца 80-х. В основе фрезеровка и пайка – ничего сложного, кроме формы каналов.
|
23gv ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 14:21:32 |
Цитата: adolfus от 08.08.2019 09:48:04
Есть в любительской практической астрономии такая задача - приведение температуры зеркала телескопа к температуре окружающей среды (цель - исключить турбулентное движение воздуха в трубе телескопа, что положительно сказывается на качестве изображения, которое строит объектив). Сложилось мнение, что для ускорения остывания обратную сторону зеркала следует последовательно, отшлифовать и отполировать. Получается, ошибаются?
|
mse ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 14:41:27 |
Цитата: 23gv от 12.08.2019 14:21:32
Чота нигде не указано, что у БТА задница полирована и шлифована. Хотя, казалось бы, 6 метров, во где движению разгуляться.
|
|
Cyclop ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 14:48:14 |
Цитата: 23gv от 12.08.2019 14:21:32
Вот-вот, давайте разбираться. Ведь техническое решение должно быть простым, чай не рокет саенс какой.
(сарказм. простите. не сдержался)
|
slavae ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 15:11:31 |
Цитата: 23gv от 12.08.2019 14:21:32
Наверно, маленький вентилятор помог бы сравняться по температуре с воздухом лучше, чем полировка с самотёком )
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 15:39:35 |
Цитата: slavae от 12.08.2019 15:11:31
у вентилятора одна проблема ... неравномерность охлаждения и связанные с ней термические напряжения и деформации ... где-то в других изделиях это не так критично, но в астрономии условно микроны ловят ...
|
|
slavae ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 16:48:23 |
Цитата: Фёдор144 от 12.08.2019 15:39:35
Ну я же не предлагаю держать его включенным всё время. Как зеркало сравняет температуру, так и всё.
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 12 авг 2019 23:47:36 |
Цитата: 23gv от 12.08.2019 14:21:32
Получается, что проще его обдуть с обратной стороны веером.
А с какого температура зеркала должна отличаться от температуры окружающей среды?
|
|
basilevs ( Слушатель ) |
| 13 авг 2019 09:21:51 |
Цитата: adolfus от 12.08.2019 23:47:36
Это любительская астрономия. Вынесли телеском из тёплого дома на холодный ночной воздух.
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 13 авг 2019 17:59:25 |
Цитата: basilevs от 13.08.2019 09:21:51
Значит получается, что ошибаются. С другой стороны, уже после того, как установится равновесие, приближение теплого человека к холодному зеркалу вызовет изменение равновесия за счет теплообмена излучением. Вот в таком случае полированная поверхность сработает – больше отразит, меньше поглотит. Что же касается конвективного теплообмена, то шероховатая поверхность теплообмен интенсифицирует.
|
|
23gv ( Слушатель ) |
| 14 авг 2019 09:55:51 |
Цитата: adolfus от 14.08.2019 09:14:05
Примерно ясен смыл шлифовки обратной стороны. Вот на примере большого - 8,4 м - зеркала:
ЦитатаThe mirror is brought in to the Polishing Lab mounted face down for processing of the back plate. Internal stresses in the mirror as a result of the Casting operation will be relieved by milling a few thousandths of an inch of glass off the back plate.
Т.е. шлифовать имеет смысл (особенно большие по любительским меркам заготовки), а вот полировать, по всей видимости, нет.
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 14 авг 2019 16:25:58 |
Цитата: 23gv от 14.08.2019 09:55:51
Речь шла о DIY-телескопистах. Они не льют заготовки – у них ни стекла, ни печек нет. Они берут подходящие заготовки, например, иллюминаторы от глубоководных скафандров или колоколов, двухдюймовое стекло от океанских аквариумов, и делают зеркала из них. Во времена гнилого совка даже книга о том, как сделать телескоп, была выпущена.
|
|
23gv ( Слушатель ) |
| 14 авг 2019 16:43:34 |
Цитата: adolfus от 14.08.2019 16:25:58
строго говоря, на рынке - как минимум там, и местами здесь - полно заготовок для любителей. а вот их качество всегда вопрос.
на сим предлагаю закончить оффтопиком, еще раз спасибо за отличную наводку