Численное моделирование теплообмена в канале с градиентом давления | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Физика

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

Дата публикации: 02.06.2019

Статья просмотрена: 19 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: 12.12.2019).



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
Основные термины (генерируются автоматически): расчетная область, вычислительный ресурс, прямоугольный канал, результат моделирования, тепловой поток, условие задачи были.


Похожие статьи

Изучение методов решения вариационных задач на занятиях по...

Ключевые слова: компьютерное моделирование, вариационные задачи, программирование.

Результаты вычислений –– на рис. 1.

Рассмотренные задачи и их решения могут быть использованы при изучении курсов “Численные методы” и “Компьютерное...

Расчет испарения и динамики движущихся капель топлива

В поршневых двигателях тепловой поток может подводиться к капле топлива от нагретых окружающего воздуха, поверхности стенки КС или и от воздуха, и от стенки. В общем случае, преобразование капли жидкого топлива в пар разделяется на два последовательных этапа

Исследование подходов к решению задач математической физики...

Рассматривается задача исследования колебаний прямоугольной мембраны. Показана неэффективность использования аналитических подходов. Для решения этой задачи были разработаны и использованы специальные алгоритмы численных методов.

Эйлеровы методы моделирования потоков со свободной...

Для определения наполненности жидкостью ячеек расчетной области используются

На основе представленных данных о методах расчета потоков со свободной поверхностью

Основные положения и словарь. Эйлеровы методы моделирования потоков со свободной...

О точном решении задачи движения вязкой сжимаемой жидкости...

Постановка задачи о стационарном течении вязкой сжимаемой жидкости в канале прямоугольной формы. Пусть в области с границами протекает вязкая сжимаемая жидкость. Ширина канала слева, куда втекает жидкость, имеет размер.

Сопряжённый теплообмен при движении вязкой несжимаемой...

Проведено численное моделирование движения вязкой несжимаемой неизотермической жидкости в прямоугольной полости с учётом теплоотвода через внешнюю границу дна выемки. Получены гидродинамическая картина течения жидкости и температурные профили для...

Решение транспортных задач с применением программирования...

В данной статье рассматривается понятие линейного программирования, а также наиболее распространенная задача данного класса математического моделирования — транспортная задача.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Граничные условия определяют закономерность изменения значений переменных на границах расчетного пространства и в данном случае состоят в

Условия (3)-(8) допускают различные модификации в зависимости от конкретных физических условий на границе раздела сред.

Параллельный вычислительный алгоритм для анализа...

Институт вычислительного моделирования СО РАН (г. Красноярск).

Параллельный вычислительный алгоритм для решения системы уравнений жидкого кристалла

Расчетная область разбивается на квадратные блоки, содержащие одинаковое количество нитей.

Похожие статьи

Изучение методов решения вариационных задач на занятиях по...

Ключевые слова: компьютерное моделирование, вариационные задачи, программирование.

Результаты вычислений –– на рис. 1.

Рассмотренные задачи и их решения могут быть использованы при изучении курсов “Численные методы” и “Компьютерное...

Расчет испарения и динамики движущихся капель топлива

В поршневых двигателях тепловой поток может подводиться к капле топлива от нагретых окружающего воздуха, поверхности стенки КС или и от воздуха, и от стенки. В общем случае, преобразование капли жидкого топлива в пар разделяется на два последовательных этапа

Исследование подходов к решению задач математической физики...

Рассматривается задача исследования колебаний прямоугольной мембраны. Показана неэффективность использования аналитических подходов. Для решения этой задачи были разработаны и использованы специальные алгоритмы численных методов.

Эйлеровы методы моделирования потоков со свободной...

Для определения наполненности жидкостью ячеек расчетной области используются

На основе представленных данных о методах расчета потоков со свободной поверхностью

Основные положения и словарь. Эйлеровы методы моделирования потоков со свободной...

О точном решении задачи движения вязкой сжимаемой жидкости...

Постановка задачи о стационарном течении вязкой сжимаемой жидкости в канале прямоугольной формы. Пусть в области с границами протекает вязкая сжимаемая жидкость. Ширина канала слева, куда втекает жидкость, имеет размер.

Сопряжённый теплообмен при движении вязкой несжимаемой...

Проведено численное моделирование движения вязкой несжимаемой неизотермической жидкости в прямоугольной полости с учётом теплоотвода через внешнюю границу дна выемки. Получены гидродинамическая картина течения жидкости и температурные профили для...

Решение транспортных задач с применением программирования...

В данной статье рассматривается понятие линейного программирования, а также наиболее распространенная задача данного класса математического моделирования — транспортная задача.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Граничные условия определяют закономерность изменения значений переменных на границах расчетного пространства и в данном случае состоят в

Условия (3)-(8) допускают различные модификации в зависимости от конкретных физических условий на границе раздела сред.

Параллельный вычислительный алгоритм для анализа...

Институт вычислительного моделирования СО РАН (г. Красноярск).

Параллельный вычислительный алгоритм для решения системы уравнений жидкого кристалла

Расчетная область разбивается на квадратные блоки, содержащие одинаковое количество нитей.

Задать вопрос