Энергетика пульсаций течения Куэтта – Тейлора в зазорах оппозитных многоцилиндровых роторов
Серов А.Ф., Мамонов В.Н., Назаров А.Д.
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск, 630090, Россия
Аннотация
Представлены результаты экспериментов по выделению тепловой энергии при вращении двух коаксиальных встречно вращающихся многощелевых «роторов», образующих систему цилиндрических кольцевых каналов, которые заполнены вязкой рабочей жидкостью. В такой системе кольцевых каналов реализуется течение Куэтта – Тэйлора. Предлагаемая конструкция рассматривается как модель теплогенератора, приводом которого могут быть два оппозитных (вращающихся навстречу друг другу) ветровых двигателя. При работе устройства рабочая жидкость, нагреваясь в кольцевых каналах за счет больших сдвиговых напряжений, циркулирует в контуре, содержащем теплообменник для передачи тепла в аккумулятор тепловой энергии. Кинетическая энергия привода в таком теплогенераторе полностью преобразуется в тепловую энергию.
Экспериментально проведены прямые измерения момента силы сопротивления вращению «роторов», измерены энергетические спектры пульсаций этого момента, измерена тепловая мощность, выделяемая при работе устройства.
Эксперименты проведены при четырех значениях вязкости рабочей жидкости в диапазоне изменения угловой скорости вращения «роторов» Ω = (6–30) рад/с. Изучено влияние геометрических параметров такого теплогенератора на эффективность преобразования кинетической энергии механического привода в тепловую энергию. Проведен анализ полученных результатов. Показано, что предлагаемая конструкция теплогенератора позволяет создавать устройства с заданной мощностью для работы в диапазоне малых угловых скоростей вращения «роторов».
Ключевые слова: кольцевая система Куэтта – Тейлора, оппозитное вращение коаксиальных цилиндров, момент сопротивления вращению, энергетические спектры момента сопротивления вращению, теплогенератор, генерация тепловой энергии
Литература
1. Fenot M., Bertin Y., Dorignac E., Lalizel G. A review of heat transfer between concentric rotating cylinders with or without axial flow // Int. J. Therm. Sci. – 2011. – V. 50, No 7. – P. 1138–1155. – doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2011.02.013.
2. Maron D.M., Cohen S. Hydrodynamics and heat/mass transfer near rotating surfaces // Adv. Heat Transfer. – 1992. – V. 21. – P. 141–183. – doi: 10.1016/S0065-2717(08)70335-6.
3. Серов А.Ф., Мамонов В.Н., Назаров А.Д. Влияние структуры течения на энерговыделение в кольцевой системе Куэтта с оппозитным вращением цилиндров // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2015. – Т. 157, кн. 3. – С. 137–142.
4. Пат. 2612237 Российская Федерация. Оппозитный ветротеплогенератор / Серов А.Ф., Мамонов В.Н., Терехов В.Н., Назаров А.Д. – № 2015150585, заявл. 25.11.2015; опубл. 03.03.2017, Бюл. № 7.
5. Mamonov V.N., Nazarov A.D., Serov A.F. Experimental investigation of thermal processes in the multiring Couette system with counter rotation of cylinders // Thermophys. Aeromech. – 2016. - V. 23, No 1. – Р. 139–142. – doi: 10.1134/S0869864316010157.
6. Andereck C.D., Liu S.S., Swinney H.L. Flow regimes in a circular Couette system with independently rotating cylinders // J. Fluid Mech. – 1986. – V. 164. – P. 155–183. – doi: 10.1017/S0022112086002513.
Поступила в редакцию
3.07.17
Серов Анатолий Федорович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
пр. акад. Лаврентьева, д. 1, г. Новосибирск, 630090, Россия
E-mail: serov@itp.nsc.ru
Мамонов Валерий Николаевич, кандидат технических наук, научный сотрудник
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
пр. акад. Лаврентьева, д. 1, г. Новосибирск, 630090, Россия
E-mail: mamonovvn@mail.ru
Назаров Александр Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
пр. акад. Лаврентьева, д. 1, г. Новосибирск, 630090, Россия
E-mail: nazarov@itp.nsc.ru
Для цитирования: Серов А.Ф., Мамонов В.Н., Назаров А.Д. Энергетика пульсаций течения Куэтта – Тейлора в зазорах оппозитных многоцилиндровых роторов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 3. – С. 364–373.
For citation: Serov A.F., Mamonov V.N., Nazarov A.D. Pulsation energy of the Couette–Taylor flow in gaps of multicylinder counter-rotating rotors. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2017, vol. 159, no. 3, pp. 364–373. (In Russian)
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
