Численное моделирование теплообмена 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

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №22 (260) май 2019 г.

Дата публикации: 02.06.2019

Статья просмотрена: 15 раз

Библиографическое описание:

Згонников Е. О. Численное моделирование теплообмена в канале с градиентом давления // Молодой ученый. — 2019. — №22. — С. 44-46. — URL https://moluch.ru/archive/260/59955/ (дата обращения: 18.07.2019).



Разработана численная прямоугольного канала с конфузорной секцией и проведена ее верификация для последующих исследований.

Ключевые слова: теплообмен, турбулентный поток, конфузор.

Введение.

В статье рассматривается верификация эксперимента [1] с помощью вычислительных ресурсов Onshape [2], Simscale [3], Salome [3]. Рабочей областью является прямоугольный канал с конфузором, стенки которого нагреты до температуры комнатного воздуха, рабочим телом является воздух, проходящий через канал и охлаждающий стенки канала. Для верификации потребуется:

1) Разработать геометрию расчетной области;

2) Задать параметры эксперимента в вычислительном ресурсе [2]

3) Обработать результаты в вычислительном ресурсе [3]

Постановка задачи.

Расчетная область состоит из плоского рабочего канала длиной 1,2м. В средней части канала имеется конфузорная секция длиной 375 мм. На входе параметры сечения 150х100 мм., на выходе 100х40 мм.

Рис. 1 Экспериментальная установка с конфузором.(1.Вход; 2. Теплообменная стенка; 3.Конфузорный участок; 4) Пульсатор; 5. Термометр) [1]

Создав геометрию расчетной области в Onshape [2], на ней моделировался эксперимент [1] в интернет ресурсе Simscale [3].

Исходя из условий задачи были определены начальные условия:

осевая объемная скорость — U0 = м/с;

Исходя из условий задачи были определены следующие граничные условия:

* Вход 1 (Inlet)

o U0 = 3,2 м/с по нормали

* Выход (Outlet)

* Симметрия (Symmetry)

* Стенка (Wall)

o шероховатость — нет

o тепловой поток — 470 Вт/м2

Рис. 2 Геометрия расчетной области

Для стабилизации решения был активирован алгоритм учета градиентов и дивергенции при решении уравнения сохранения импульса. Т. к. задача решается в стационарной постановке и возможно возникновение незначительных перепадов давления, была использована релаксация (R = 0.3). Для ускорения решения были введены пороговые значения точности (10–5) и количества субитераций (1000) при решении линейных уравнений. При решении был задан фиксированный временной шаг 1 сек..

Результаты.

По результатам моделирования обработав данные по параметрам потока был вычислен коэффициент теплоотдачи по формуле:

𝛼=𝑄/ΔT (1)

𝑄-тепловой поток

ΔT-разность температур между центром потока и стенкой.

Рис. 3. Распределение коэффициента теплоотдачи по длине конфузора (1 — экспериментальные данные, 2 — результаты моделирования).

Верификация прошла успешно. Графики эксперимента и численного моделирования похожи друг на друга. Погрешность обусловлена тем, что температура нагрева стенок перед началом подачи воздуха в расчетный участок неизвестна.

Литература:

  1. И. А. Давлетшин, О. А. Душина, Н. И. Михеев, А. А. Паерелий Теплоотдача пульсирующих течений в каналах с градиентом давления// Казанский научный центр РАН, Казань, Россия 2017
  2. Onshape. Home page. URL: https://www.onshape.com/
  3. SimScale. Home page. URL: https://www.simscale.com


Задать вопрос