Лобанов Игорь Евгеньевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ПНИЛ-204 МА,
125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4
Igor E. Lobanov, Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher, PNIL-204 MA,
4 Volokolamskoe highway, Moscow 125993
Цель. Рассматривается решение задачи о теплообмене для турбулизаторов потока полукруглого поперечного сечения на основе многоблочных вычислительных технологий, основанных на решении факторизованным конечно-объёмным методом (ФКОМ) уравнений О.Рейнольдса (замыкаемых для переходного режима при помощи модели переноса сдвиговых напряжений Ф.Ментера) и уравнения энергии (на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках).
Метод. Расчёт проводился на базе теоретического метода, основанного на решении факторизованным конечно-объёмным методом уравнений О.Рейнольдса, замыкаемых для переходных режимов с помощью модели переноса сдвиговых напряжений Ф.Ментера, и уравнения энергии на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках (ФКОМ).
Результат. Расчётным методом осуществлено математическое моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами для вязких теплоносителей при очень высоких (вплоть до миллиарда) критериях О.Рейнольдса, характерных развитых турбулентных режимов течения. Применённым методом ФКОМ в работе были получены как локальные, так и осреднённые характеристики потока и теплообмена в трубах с турбулизаторами для вязкого теплоносителя для развитого режима течения теплоносителя, что позволило детерминировать для этих режимов уровни интенсификации теплообмена.
Вывод. Постулируется интенсифицирование теплосъёма на воздухе для высоких миллионных критериях О.Рейнольдса, что потенциально актуально для канальных течений в каналах теплообменников, с заметными повышениями гидросопротивлений и может повышаться относительно уменьшенных критериев О.Рейнольдса для больших относительных выступов d/D=0,90. Сформулировано, что для миллиардных критериях О. Рейнольдса каналы с выступами проигрывают каналам с шероховатостями в разрезе интенсифицирования теплосъёма, поскольку имеет место меньший уровень интенсификации теплообмена при приблизительно таком же увеличении относительного гидравлического сопротивления.
Objective. The paper considers the solution of the heat transfer problem for flow turbulators with a semicircular cross-section using multiblock computational technologies based on the solution of Reynolds' equations (closed for the transient regime using Menter's shear stress transport model) and the energy equation (on intersecting structured grids of different scales) by the factorized finite volume method (FVM).
Method. The paper uses computational methods to mathematically model heat transfer in pipes with turbulators for viscous coolants at very high (up to a billion) Reynolds criteria, characteristic of developed turbulent flow regimes.
Result. The calculations were performed using a theoretical method based on the solution of Reynolds' equations by the factorized finite volume method, closed for transient regimes using Menter's shear stress transport model, and the energy equation on intersecting structured grids of different scales (FVM). Using the FKOM method, both local and average flow and heat transfer characteristics were obtained in pipes with turbulators for a viscous coolant for a developed coolant flow regime. This allowed us to determine heat transfer intensification levels for these regimes.
Conclusion. Heat transfer intensification in air is postulated for high millionth O. Reynolds criteria, which is potentially relevant for channel flows in heat exchanger channels, with noticeable increases in hydraulic resistance and can increase relative to reduced O. Reynolds criteria for large relative protrusions d/D = 0.90. It was formulated that for billionth O. Reynolds criteria, channels with protrusions are inferior to channels with roughness in terms of heat transfer intensification, since there is a lower level of heat transfer intensification with approximately the same increase in relative hydraulic resistance.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.