Сопротивление и теплообмен одиночной трубы с поверхностными генераторами вихрей


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-11-495-508

Авторы

Баранова Т. А.1*, Данильчик Е. С.2**, Жукова Ю. В.1, Кадыров Р. Г.3, Маршалова Г. С.1***, Миронов А. А.3, Попов И. А.3****, Скрыпник А. Н.3, Чорный А. Д.1*****

1. Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси , 220072, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 15
2. Белорусский государственный технологический университет , улица Свердлова 13А Минск, 220006, Беларусь
3. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

*e-mail: bartat@tut.by
**e-mail: katya.156.156@gmail.com
***e-mail: galiana.sidorik@icloud.com
****e-mail: popov-igor-alex@yandex.ru
*****e-mail: anchor@hmti.ac.by

Аннотация

В настоящее время существует огромное количество работ по интенсификации теплообмена путем нанесения на теплопередающую поверхность рельефа в виде выемок (лунок, углублений, впадин) различных форм. Однако до сих пор нет выработанных рекомендаций по месту установки выемок и по плотности их нанесения. В данной статье с привлечением методов численного моделирования и экспериментальной визуализации течений исследован конвективный теплообмен одиночных труб с нанесенными на их внешнюю поверхность генераторами вихрей в виде сферических выемок. Наличие генераторов вихрей изменяет структуру течения и турбулизирует течение в окрестности генераторов вихрей, что может приводить к уменьшению длины следа за трубами и снижению за счет этого гидравлических потерь. Показано, что в некоторых ситуациях гладкие трубы имеют преимущество по теплогидравлической эффективности по сравнению с трубами с нанесенными на их поверхность рельефом. Результаты анализа структуры потока, омывающего одиночные трубы с выемками показывает, что формирование вихревых структур в выемках в зависимости от их расположения на трубе различно.

Ключевые слова:

численное моделирование, экспериментальное исследование, теплоотдача, турбулентность, управление потоком, интенсификация теплообмена, одиночная труба, генераторы вихрей

Библиографический список

  1. Eiffel G. Experiences sur la resistance de l’air // Comptes Rendus. 1903. Vol. 137. P. 30‒32.
  2. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. 576 с.
  3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Теоретическая физика: в 10 т. Т. 6. М.: Наука, 1986. 736 с.
  4. Yurchenko N., River R., Pavlovsky R. Control of the profile aerodynamics using streamwise vortices generated in a boundary layer // Proc. World Congress «Aviation in the XXI-st Centary». Kyiv, Ukraine. 2003. P. 14‒16.
  5. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp I.Z., Myakotchin A.S. Efficient Surfaces for Heat Exchangers Fundemantabs and design. New-Work, 2002.
  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: монография. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.
  7. Исаев С.А., Баранов П.А., Гортышов Ю.Ф., Гувернюк С.В., Мазо А.Б., Смуров М.Ю., Судаков А.Г., Усачов А.Е., Харченко В.Б. Аэродинамика утолщенных тел с вихревыми ячейками. Численное и физическое моделирование. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2016. 215 с.
  8. Чжен П. Отрывные течения (в 3 томах). М.: Мир, 1972. 916 с.
  9. Roshko A. On the drag and shedding frequency of bluff cylinders // Nat. Adr. Comm. Aero., 1954. Wash., Tech. Note 3169.
  10. Igarashi T. Correlation between heat transfer and fluctuating pressure in separated region of a circular cylinder // /International Journal of Heat and Mass Transfer. 1984. Vol. 27. Iss. 6. P. 927‒937.
  11. Zhdanov V., Kukharchuk I., Terekhov V. Velocity field behind a plate installed in the inner region of a turbulent boundary layer // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2020. Vol. 93. N 5. P. 1233–1239.
  12. Дьяченко А.Ю., Жданов В.Л., Смульский Я.И., Терехов В.И. Экспериментальное исследование теплообмена в отрывной области за обратным уступом при наличии табов // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 4. С. 549–560.
  13. Baranova T.A., Zhdanov V.L., Zhukova Yu.V., Isaev S.A. Reduction of Resistance and Heat Transfer Enhancement in Flow Past a Cylinder with Jet and Vortex Generators // Heat Transfer Research. 2010. Vol. 41. N 4. P. 401–411.
  14. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Мир, 1982.
  15. Menter F. R., Kuntz M. and Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4; Eds. K. Hanjalic, Y. Nagano, M. Tummers. — Begell House, Inc., 2003.
  16. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Fundamentals of Heat Transfer. Moscow: Energiya, 1977.
  17. Дыбан Е.П. Эпик Э.Я. Тепломассообмен и гидродинамика турбулизированных потоков. Киев: Наукова думка, 1985. 296 с.
  18. Гимбутис Г.И., Шапола В.И. К вопросу теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра воздухом. — В кн.: Механика. Каунас, 1972. С. 226–227.
  19. Nakamura H., Igarashi T. Unsteady heat transfer from a circular cylinder for Reynolds numbers from 3000 to 15,000 // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2004. Vol. 25. N 5. P. 741‒748.
  20. Жукова Ю.В., Баранова Т.А., Исаев С.А., Жданов В.Л. Численное моделирование нестационарного поперечного обтекания кругового цилиндра при различных числах Рейнольдса // ДАН Беларуси. 2008. Т. 52. № 3. С. 90‒95.
  21. Кикнадзе Г.И., Гачичеладзе И.А., Алексеев В.В. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках вязких сплошных сред и интенсификация теплообмассообмена, сопровождающая это явление. М.: Издательство МЭИ, 2005. 84 с.
  22. Беленький М.Я., Готовский М.А., Леках Б.М., Фокин Б.С., Хабенский В.Б. Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формованных сферическими лунками // ТВТ. 1991. Т. 29. № 6. С. 1142–1147.
  23. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. СПб.: Судостроение, 2005. 392 с.
  24. Chudnovsky Ya., Kozlov A. Heat transfer enhancement and fouling mitigation potential due to dimpling the convective surfaces // International Heat Transfer Conference. Paper № HTE—21. Sidney. Australia. 2006. 10 p.
  25. Chudnovsky Ya. Vortex Heat Transfer Enhancement for Chemical Industry Fired Heaters // 2004 AIChE Spring Technical Meeting. New Orleans, USA. 2004.
  26. Williamson C.H.K. Vortex Dynamics in the Cylinder Wake // Annual Review of Fluid Mechanics. 1996. Vol. 28. P. 477‒539.
  27. Bloor M. The transition to turbulence in the wake of a circular cylinder // Journal of Fluid Mechanics. 1964. Vol. 19. N 2. Р. 290‒304.
  28. Norberg C. An experimental investigation of the flow around a circular cylinder: Influence of aspect ratio // Journal of Fluid Mechanics. 1994. N 258. Р. 287‒316.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024