доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ПНИЛ-204 МА
125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, Россия
4 Volokolamskoe highway, A-80, GSP-3, Moscow 125993, Russia
Цель. Математическое моделирование систем структур cмерчевых зон между циклическими турбулизаторами потоков с поверхностным расположением треугольных и квадратных поперечных профилей на базе многоблочно-вычислительных технологий, основывающихся на решениях факторизованной конечно-объёмной процедурой уравнений Рейнольдса (замыкающихся посредством модели переносов напряжений сдвига Ментера) и уравнений энергий (на разномасштабнопересекающейся структурированной сетке) при высоких критериях Рейнольдса Re=106 с приведением исчерпывающего анализа соответствующих линий токов.
Метод. Расчёты основаны на решении факторизованной конечно-объёмной процедуре уравнений Рейнольдса, которые замыкаются с помощью низкорейнольдсовой модели переносов напряжений сдвига Ментера, и уравнений энеpгии на разномасштабнo- пересекающейся структурированнoй сетке (ФКОМ).
Результат. Проведены математические моделирования теплообменного процесса в прямых и круглых горизонтальных трубах с турбулизаторами с d/D=0,95...0,90 и t/D=0,25...1,00 треугольного и квадратного поперечных профилей при больших числах Рейнольдса (Re=106) на фундаменте с многоблочными вычислительными технологиями, которые основаны на решениях факторизованным и конечно-объёмным алгоритмом рейнольдсовых уравнений и уравнений энергии. Получено, что относительная интенсификация теплообмена [(Nu/NuГЛ)|Re=106]/[(Nu/NuГЛ)|Re=105] в круглых трубах с квадратными турбулизаторами на воздухе для больших чисел Рейнольдса (Re=106), что вполне может быть актуально в применяемых в теплообменниках каналах, может быть выше при масштабном приращении гидросопротивления, чем для несколько меньших чисел (Re=105), для относительно высоких турбулизаторов потока d/D=0,90 для всего рассматриваемого диапазона для параметра относительного шага между ними t/D=0,25...1,00 немногим более 3%; для турбулизаторов треугольных поперечных профилей аналогичные показатели примерно такие же. При более низких квадратных турбулизаторах с d/D=0,95 данное увеличение относительного теплообмена для больших чисел Рейнольдса (Re=106) сравнительно с меньшими числами (Re=105) не превышает 6%; для турбулизаторов треугольных поперечных профилей аналогичные показатели составляют немногим более 4%.
Вывод. Модель может применяться для осуществления оптимизации интенсификации посредством турбулизаторов, а также управлять процессами интенсификации теплоотдачи. Для более высоких квадратных турбулизаторов и при более высоких числах Рейнольдса ограниченное повышение относительного критерия Нуссельта Nu/NuГЛ сопровождается значительным повышением относительного гидросопротивления по причине очень значительного влияния возвратных течений, которые могут натекать непосредственно на сам турбулизатор в тем большей степени, чем выше число Рейнольдса; для треугольных турбулизаторов вышеуказанная тенденция сохраняется и даже углубляется.
Objective. Conduct mathematical modeling of tornado zone structure systems between cyclic flow turbulence stimulators with the surface arrangement of triangular and square cross-sections based on multiblock computational techniques, based on solutions of the factorialized finite- volume procedure of the Reynolds equations (closed through the Menter shear stress transport model) and energy equations (on a multiscale intersecting structured grid) at high Reynolds criteria Re=106 with an exhaustive analysis of the relevant current lines.
Methods. The calculations were carried out on a mathematical foundation based on the solution of the factorized finite-volume procedure of the Reynolds equations, which are closed using the low-Reynolds Menter shear stress transport model, and the energy equations on a multiscale intersecting structured grid (factorized finite-volume procedure).
Results. Mathematical simulations of the heat exchange process in straightand round horizontal pipes with turbulence stimulators with d/D=0.95...0.90 and t/D=0.25...1.00 of triangular and square transverse profiles with large Reynolds numbers (Re=106) on a foundation with multiblock computing technologies, which are based on solutions of factorized and finite-volume Reynolds equations and energy equations, were conducted. It was found that the relative intensification of heat transfer [(Nu/NuGL)|Re=106]/[(Nu/NuGL)|Re=105] in round pipes with square air turbulence stimulators for large Reynolds numbers (Re=106), which may be relevant in the channels used in heat exchangers, could be higher with a large-scale increment of hydraulic resistance than for slightly smaller numbers (Re=105), for relatively high flow turbulence stimulators d/D=0.90 for the entire range under consideration for the parameter of the relative step between them t/D=0.25...1.00 a little more than 3%; for triangular turbulence stimulators, the crosssection profiles have similar values. For lower square turbulence stimulators with d/D=0.95, this increase in relative heat transfer for large Reynolds numbers (Re=106) compared to smaller numbers (Re=105) does not exceed 6%; for triangular cross-section turbulence stimulators, similar indicators are slightly more than 4%.
Conclusion. The calculated results based on the developed model can optimize the intensification by turbulence stimulators and control the processes of heat transfer intensification. It is shown that for higher square turbulence stimulators and higher Reynolds numbers, a limited increase in the relative Nusselt criterion Nu/NuGL is accompanied by a significant increase in the relative hydro resistance due to the very significant influence of return currents, which can flow directly on the turbulence stimulator to the greater extent, the higher the Reynolds number; for triangular turbulence stimulators, the above trend persists and even deepens.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.