Физическое моделирование теплогидравлических характеристик каналов с овально-траншейными вихрегенераторами


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-9-386-402

Авторы

Миронов А. А.1, Исаев С. А.2*, Скрыпник А. Н.1, Попов И. А.1**, Гортышов Ю. Ф.1

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
2. Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации, ул. Пилотов, 38, Санкт-Петербург, 196210, Россия

*e-mail: isaev3612@yandex.ru
**e-mail: popov-igor-alex@yandex.ru

Аннотация

Приведены обзор результатов численного моделирования и новые результаты экспериментальных исследований гидравлического сопротивления и теплоотдачи в канале с овально-траншейными и овально-дуговыми углублениями с относительными размерами h/b = 0.25 и 0.33, ld/b = 7, φ = 45°, нанесенными одно- и многорядными системами углублений на поверхность теплообмена в узких каналах, в диапазоне режимных параметров: Pr = 0.71, Red = 3200‒9⋅104 ‒ для теплоотдачи и Red = 500‒104 ‒ для гидравлического сопротивления. Выявлено хорошее согласование результатов численных и экспериментальных исследований при турбулентном течении. Для турбулентного режима течения теплоносителя выявлены рациональные размеры овально-траншейных углублений, для которых получены критериальные уравнения, позволяющие определить коэффициенты гидравлического сопротивления и теплоотдачи в каналах с одним рядом овально-траншейных углублений. Проведено тестирование возможности использования искусственной нейронной сети для прогнозирования гидравлического сопротивления и теплоотдачи при расчетах теплообменного оборудования.

Ключевые слова:

интенсификация теплоотдачи, гидравлическое сопротивление, эффективность, численное моделирование, эксперимент, генератор вихрей

Библиографический список

  1. Щукин А.В., Козлов А.П., Агачев Р.С., Чудновский Я.П. Интенсификация теплообмена сферическими выемками при воздействии возмущающих факторов / Под ред. акад. В.Е. Алемасова. Казань: КГТУ, 2003. 143 с. 

  2. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинамика около поверхностных углублений (лунок). Киев: ИТТФ, 2005. 76 с.

  3. Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А., Алексеев В.В. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках вязких сплошных сред и интенсификация тепломассообмена, сопровождающая это явление. М.: Издательство МЭИ, 2005. 82 с.

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

  5. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леонтьев А.И., Федик И.И., Холпанов Л.П. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах. М.: ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2008. 532 с.

  6. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.

  7. Соколов Н.П., Полищук В.Г., Андреев К.Л. и др. Теплообмен и гидравлика в каналах с облуненными поверхностями. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2012. 288 с. 

  8. Готовский М.А., Деменок С.Л., Медведев В.В., Сивуха С.М. Теплоотдача и сопротивление каналов с олуненными поверхностями. СПб.: Страта, 2016. 211 с.

  9. Леонтьев А.И., Волчков Э.П., Коротеев А.А., Кузма-Кичта Ю.А., Дзюбенко Б.В., Драгунов Ю.Г., Исаев С.А., Попов И.А., Терехов В.И. Вихревые технологии для энергетики / Под общ. ред. А.И. Леонтьева. М.: Издательский дом МЭИ, 2017. 350 с.

  10. Rashidi S., Hormozi F., Sundеn B., Mahia O. Energy saving in thermal energy systems using dimpled surface technology — A review on mechanisms and applications // Applied Energy. 2019. V. 250. P. 1491‒1547. https://doi.org/ 10.1016/j.apenergy.2019.04.168

  11. Isaev S.A., Leontiev A.I., Mityakov A.V., Pyshny I.A. Intensification of tornado turbulent heat transfer in asymmetric wells on a flat wall // Journаl of Engineering Physics and Thermophysics. 2003. V. 76. N 2. P. 31‒34. https://doi.org/ 10.1023/A:1023636730700

  12. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Гульцова М.Е., Попов И.А. Перестройка и интенсификация смерчеобразного течения в узком канале при удлинении овальной лунки с фиксированной площадью пятна // Письма в Журнал технической физики. 2015. Т. 41. № 12. С. 89‒96. DOI: 10.1134/S1063785015060231

  13. Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., Gortyshov Yu.F., Baranov P.A., Popov I.A. Tornado-like heat transfer enhancement in the narrow plane-parallel channel with the oval-trench dimple of fixed depth and spot area // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2017. V. 109. P. 40−62. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.103

  14. Isaev S., Leontiev A., Chudnovsky Y., Popov I. Vortex heat transfer enhancement in narrow channels with a single oval-trench dimple oriented at different angles to the flow // J. Enhanced Heat Transfer. 2018. V. 25. N 6. P. 579−604. DOI: 10.1615/JEnhHeatTransf.v25.i6.40

  15. Исаев С.А., Баранов П.А., Леонтьев А.И., Попов И.А. Интенсификация ламинарного течения в узком микроканале с однорядными наклоненными овально-траншейными лунками // Письма в Журнал технической физики. 2018. Т. 44. № 9. С. 73−80. DOI: 10.1134/S1063785018050061

  16. Isaev S.A., Leontiev A.I., Milman O.O., Popov I.A., Sudakov A.G. Influence of the depth of single-row ovaltrench dimples inclined to laminar air flow on heat transfer enhancement in a narrow micro-channel // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2019. V. 134. P. 338−358. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.175

  17. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Баранов П.А., Попов И.А., Щелчков А.В., Гортышов Ю.Ф., Скрыпник А.Н., Миронов А.А. Теплообменная поверхность / Патент на изобретение № 2 684 303. Российская Федерация, МПК7 F28F 3/04. Опубликовано: 05.04.2019 Бюл. № 10. Приоритет 13.06.2018.

  18. Исаев С.А., Грицкевич М.С., Леонтьев А.И., Попов И.А., Судаков А.Г. Аномальная интенсификация турбулентного отрывного течения в наклоненных однорядных овально-траншейных лунках на стенке узкого канала // Теплофизика высоких температур. 2019. Т. 57. № 5. С. 797−800. DOI: 10.1134/S0018151X19040084

  19. Исаев С.А., Грицкевич М.С., Леонтьев А.И., Мильман О.О., Никущенко Д.В. Ускорение турбулентного потока в узком облуненном канале и интенсификация отрывного течения при уплотнении однорядных наклоненных овально-траншейных лунок на стенке // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 5. С. 697−702. https://doi.org/10.1134/S0869864319050032

  20. Isaev S.A., Gritckevich M.S., Leontiev A.I., Milman O.O., Nikushchenko D.V. NT Vortex enhancement of heat transfer and flow in the narrow channel with a dense packing of inclined one-row oval-trench dimples // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 145. 118737. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019. 118737

  21. Киселёв Н.А., Бурцев С.А., Стронгин М.М., Виноградов Ю.А. Экспериментальное исследование теплообмена и сопротивления лунок сложной формы // Труды Юбилейной конференции Национального комитета РАН по теплои массообмену «Фундаментальные и прикладные проблемы тепломассообмена» и XXI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассобмена в энергетических установках». Т. 2. М.: Издательский дом МЭИ, 2017. C. 124−127.

  22. Воскобойник А.В. Пассивное управление формированием вихревых структур внутри полуцилиндрического углубления // Вісник донецького національного університету. Сер. А: Природничі науки. 2009. Вып. 1. С. 173−182.

  23. Воропаев Г.А., Воскобойник А.В., Воскобойник В.А., Исаев С.А. Визуализация ламинарного обтекания овального углубления // Прикладная гидромеханика. 2009. Т. 11. № 4. С. 31−36.

  24. Сергиевский Э.Д., Арбатский А.А. Интенсификация теплообмена путем нанесения овальных лунок на теплообменную поверхность // Труды пятой российской национальной конференции по теплообмену. 25−29 октября 2010 г., Москва. Т. 6. Интенсификация теплообмена. Радиационный и сложный теплообмен. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. С.141−144.

  25. Попов И.А., Щелчков А.В., Рыжков Д.В., Ульянова Р.А. Вихреобразование в отрывных потоках на поверхностях с углублениями различной формы // Труды Академэнерго. 2010. № 3. С. 7−14.

  26. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Баранов П.А., Попов И.А., Щелчков А.В., Гортышов Ю.Ф., Скрыпник А.Н., Миронов А.А. Теплообменная поверхность / Патент на изобретение № 2 716 958, Российская Федерация, МПК7 F28F 3/04. Опубликовано: 17.03.2020. Бюл. № 8. Приоритет 26.07.2019.

  27. Миронов А.А., Исаев С.А., Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Щелчков А.В., Сагидуллин Ж.А. Поверх- ностные вихрегенераторы для интенсификации тепло- отдачи // Труды седьмой российской национальной конференции по теплообмену. 2018. С. 398−403.

  28. Миронов А.А. К выбору рациональной формы и размеров поверхностных вихригенераторов для интесификации теплоотдачи // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли: Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, 8–10 августа 2018 г.: Материалы конференции. Т. 1. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2018. C. 374−391.

  29. Jambunathan K., Hartle S.L., Ashforth-Frost S., Fontama V.N. Evaluating convective heat transfer coefficients using neural networks // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1996. V. 39. N 11. P. 2329−2332. https://doi.org/10.1016/0017-9310(95)00332-0

  30. Zdaniuk G. J., Chamra L. M., Walters D. K. Correlating heat transfer and friction in helically-finned tubes using artificial neural networks // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007. V. 50. N 23-24. P. 4713−4723. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.03.043

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024