Влияние расположения сферических лунок на теплообмен в канале с градиентом давления | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 июля, печатный экземпляр отправим 31 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (259) май 2019 г.

Дата публикации: 27.05.2019

Статья просмотрена: 6 раз

Библиографическое описание:

Цынаева А. А., Азрумелашвили А. П. Влияние расположения сферических лунок на теплообмен в канале с градиентом давления // Молодой ученый. — 2019. — №21. — С. 124-131. — URL https://moluch.ru/archive/259/59675/ (дата обращения: 18.07.2019).



В работе выполнено численное исследование влияния на интенсивность теплообмена расположения сферических лунок в канале с градиентом давления. Выявлено, что шахматное расположение лунок показывает более высокие значения локальных коэффициентов теплоотдачи, чем коридорное расположение лунок.

Ключевые слова: теплообмен, лунки, шаг, расположение.

В системах обеспечения микроклимата основной задачей является повышение эффективности теплообменных аппаратов. Для этого используют интенсификаторы-лунки. Лунки имеют различную эффективность, которая зависит от их диаметра, глубины и расстановки на канале.

Было проведено численное исследование, как поведет себя теплообмен в канале с градиентом давления при наличии сферических лунок, расположенными в коридорном и шахматном порядке с разным шагом и диаметром. Разработана геометрия в бесплатном ресурсе Оnshape [1]. В качестве метода исследования использовался программный модуль Simscale [2]. Качество полученных результатов проверялось с помощью валидации. Валидация выполена сравнением с экспериментом К. М. Бодунова [3]. Результаты приведены в статье [4].

Рассмотрим теплообмен в канале с со сферическими лунками, расположенными в коридорном порядке с шагом S=0,5*D и S=1*D. (рис.1).

Описание: D:\MAG\NIP\Бы1.png

Рис. 1. Геометрия расчетной области с коридорным расположением лунок

Для каналов разным шагом были разработаны две сетки (рис.2) со свойствами Fine. Тип элемента — Hex-dominant automatic (only CFD).

Рис. 2. Расчетная сетка для канала с шагом S=1*D

Также был рассмотрен канал с лунками, расположенными в шахматном порядке с шагом S=0,5*D и S=1*D (рис.3). Сетки были посчитаны аналогично, как и для канала с лунками, расположенными в коридорном порядке.

Описание: F:\практика\2.png

Рис. 3. Геометрия расчетной области с шахматным расположением лунок

Условия моделирования:

Модель турбулентности k-omega SST, дно канала с лунками подогревалось q=500 Вт / м 2, Расчет был выполнен при Re=3000, 9000, 15000, скорость на входе в канал 0,68 м/с, 2,05 м/c, 3,41 м/ с соответственно, рабочее тело -воздух.

Результаты численного эксперимента обрабатывались в программном комплексе ParaView [5].

Были построены графики изменения локального коэффициента теплоотдачи по длине, средние значения критерия Стантона в зависимости от режима течения в канале.

Рис.4 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=3000:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

Интенсивность теплоотдачи с шахматных расположением лунок изменяется от 15 до 4, с коридорным — от 12 до 3.

Рис.5 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=9000:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

В результате исследования выявлено, что увеличение интенсивности турбулентности ведет к росту коэффициента теплоотдачи. Для шахматного расположения лунок коэффициент теплоотдачи принимает значения от 37 до 10, для коридорного — от 37 до 9.

Рис.6 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=15000:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

Локальный коэффициент теплоотдачи для канала с коридорным и шахматным расположением лунок лежит в одном диапазоне от 55 до 13.

На рис.7 приведены результаты эффективности теплообмена в каналах с лунками в зависимости от скорости рабочего тела, и выявлено, что среднее значение критерия Стантона с увеличением числа Рейнольдса снижается, при этом при шахматном расположении лунок интенсивность теплоотдачи оказывается выше чем при коридорном.

Рис.7 Интенсивность теплообмена в зависимости от режима течения рабочего тела с шагом S=0,5*D:

1-для коридорного расположения лунок

2-для шахматного расположения лунок

Рис.8 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=3000 с S=1*D:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

Рис.9 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=9000 с S=1*D:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

Рис.10 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=15000 с S=1*D:

1-для коридорного расположения лунок

2- для шахматного расположения лунок

Рис.11 Интенсивность теплообмена в зависимости от режима течения рабочего тела с шагом S=1*D:

1-для коридорного расположения лунок

2-для шахматного расположения лунок

Рис.12 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=3000:

1-для коридорного расположения лунок с шагом S=0,5*D

2- для коридорного расположения лунок с шагом S=1*D

Рис.13 Зависимость локального коэффициента теплоотдачи по длине канала при Re=3000:

1-для шахматного расположения лунок с шагом S=0,5*D

2- для шахматного расположения лунок с шагом S=1*D

Заключение.

На интенсификацию теплообмена в канале с градиентом давления влияет не только наличие градиента, но и наличие и схема расположения сферических лунок. В результате исследования выявлено, что увеличение шага между лунками с 0,5*D до 1*D ведет к снижению интенсивности теплообмена на 22,2 %. Шахматное расположение лунок оказывается на 33,3 % эффективнее коридорного расположения.Текст статьи. Текст статьи. Текст статьи.

Литература:

1. Onshape. URL: https://www.onshape.com/.

2. Simscale. URL: https://www.simscale.com/.

3. Бодунов К. М. Влияние продольного градиента давления на интенсификацию теплообмена сфеерическими. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.05 — тепловых двигатели летательных аппаратов; 01.04.14 — теплофизика и молекулярная физика). Казань 1995

4. Азрумелашвили А. П., Цынаева А. А. Исследование влияния градиента давления на теплообмен в канале с одиночной лункой //Новые вопросы в современной науке. — 2018. — С. 5–10.

5. ParaView. URL: https://www.paraview.org/…



Задать вопрос