Моделирование интенсифицированного теплообмена в каналах с диафрагмами в ламинарной, переходной и турбулентной областях для перспективных теплообменников ракетно-космической техники И.Е. Лобанов

Цель. Целью исследования является численное низкорейнольдсовое моделирование теплоотдачи в трубе с выступами полукруглых поперечных профилей с критериями Рейнольдса, характерными для ламинарных, переходных и турбулентных течений теплоносителей.

Метод. Реализованные методом (ФКОМ-ом) в статье были сгенерированы как местные, так и интегральные, как стационарные, так и нестационарные характеристики потока и теплоотдачи в трубе с внутренними рёбрами при переходных и ламинарных поточных режимов теплоносителя, что позволило детерминировать для этих режимов уровни интенсификации теплообмена, которые удовлетворительно коррелируют с имеющимися опытными данными.

Результат. Моделирование теплообмена на воздухе в трубах с турбулизаторами на базе низкорейнольдсовой модели Ментера при высоких числах Рейнольдса вплоть до миллиона обусловливает перспективное моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами данным методом и при более высоких числах Рейнольдса.

Вывод. Модель адекватно описывает реализуемые явления интенсифицированной теплоотдачи для ламинарного, переходного и турбулентного режимов течений теплоносителя с широким диапазоном чисел Прандтля. Полученные закономерности могут использоваться при инженерном и научном расчете интенсифицированного ламинарного, переходного и турбулентного теплообмена при течении в каналах с выступами, используемых в перспективных теплообменниках, применяемых, в том числе, в авиационной и ракетнокосмической технике.

1. Мигай В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л.: Энергоатомиздат. Ленингрaдское отделение, 1987. 263 с.

2. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия. Ленингрaдское отделение, 1980. 144 с.

3. Гортышов Ю.В., Олимпиев В.В. К вопросу об интенсификации теплообмена посредством сферических выемок // Известия вузов. Авиационная Техника. 1999. № 3. С. 54-58.

4. Гортышов Ю.В., Олимпиев В.В. Теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом. Казань: КГТУ им. А.Н.Туполева, 1999. 175 с.

5. Kant K., Qayoum A. Numerical investigations of fluid flow and heat transfer in a ribbed heated duct with variable aspect ratios. Recent Trends in Fluid Mechanics. 2016;3(1): 23-37.

6. Saha S.K., Dayanidhi G.L. Thermo-Fluid Characteristics of Laminar Flow of Viscous Oil through a Circular Tube having Integral Helical Corrugations and Fitted with Centre-Cleared Twisted-Tape. Heat Mass Transfer. 2012;48:2059-2068.

7. Tanda G. Effect of Rib Spacing on Heat Transfer and Friction in a Rectangular Channel with 45-Deg Angled Rib Turbulators on One/Two Walls. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2011; February. 54 (54):1081-1090.

8. Менялкина Е.Н. Исследование влияния формы оребрения на динамику потока и сопротивление канала //Альманах современной науки и образования. 2017. № 4-5 (118). С. 65-68.

9. Park J., Park S., Ligrani P. M. Numerical predictions of detailed flow structural characteristics in a channel with angled rib turbulators. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015;November.29 (11): 4981-4991.

10. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З. Эффективные поверхности теплообмена. Москва : Энергоатомиздат, 1998. 407 с.

11. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1972. 220 с.

12. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. 208 с.

13. Лобанов И.Е., Калинин Э.К. Теоретическое исследование, сопоставление с экспериментом линий тока и составляющих кинетической энергии турбулентных пульсаций в вихревых структурах в трубах с турбулизаторами // Отраслевые аспекты технических наук. 2011. № 12. С. 4-15.

14. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. СПб: Судостроение, 2005. 398 с.

15. Лобанов И.Е. Математическое моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами в области перехода к турбулентному течению // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2О19. Том 1. № 13. С. 6О-65.

16. Лобанов И.Е. Математическое моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами, а также в шероxоватых трубах, на воздухе при больших числах Рейнольдса // Отраслевые аспекты технических наук. 2O13. № 9. С. 8-18.

17. Назмеев Ю.Г., Олимпиев В.В., Шинкевич О.П. Теплообмен и гидравлическое сопротивление при ламинарном течении вязкой жидкости в трубах с искусственной шероховатостью // Теплоэнергетика. 1993. № 4. С. 66-69.

18. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. М.: Энергоатомиздат, 1998. 372 с.

19. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1998. 288 с.

20. Klaczak A. Wärmeübertragung und Druckverlust in neuartigen Turbulenzrohren // Forsch. Ing.-Wes. 1974; 40(4):117-119.