Калибровка модели шероховатости поверхности стенок единичного канала теплообменного аппарата, изготовленного при помощи аддитивного производства


Авторы

Еременко В. В.*, Михайлов А. Е., Михайлова А. Б., Горюхин М. О., Красноперов Д. Г., Гарипов И. Р.

Уфимский университет науки и технологий, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450076, Россия

*e-mail: v1ad.eremenko@yandex.ru

Аннотация

Целью данной работы является сравнение CFD расчетов с различными моделями шероховатостей (среди которых модель эквивалентной песочной шероховатости и альтернативная модель) и моделями турбулентностей (модель k-ε и SST) с экспериментальными данными по программе NATHENA. Для этого создана исходная CAD модель, построена достаточная сеточная модель и проведены расчеты в программном комплексе Ansys CFX для определения наиболее подходящих значений эквивалентной шероховатости, которые соответствуют экспериментальным данным по полям температур, числам Нуссельта, Рейнольдса, коэффициентам теплопередачи.

Ключевые слова:

аддитивные технологии, теплообменный аппарат, гидрогазодинамика, шероховатость поверхности, конвективный теплообмен

Библиографический список

  1. Дадоян Р.Г., Михайлов А.Е., Ахмедзянов Д.А., Михайлова А.Б. Формирование облика рекуператора для малоразмерного ГТД с регенерацией тепла // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2021. Т. 25. № 1. С. 22–32.

  2. Соловьева О.В., Соловьев С.А., Шакурова Р.З. Обзор современных керамических ячеистых материалов и композитов, применяемых в теплотехнике // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2023. Т. 25. № 1. С. 82–103.

  3. Баранов Ю.Ф., Митин Б.М. Пластинчатые теплообменники системы регенерации тепла в ТРДД // Труды ЦИАМ. 1977. № 750: Теплообменные аппараты газотурбинных двигателей. С. 5–30.

  4. Агапов А.В., Ионов А.В., Стародумов А.В. Применение селективного лазерного сплавления при модернизации и производстве трубчатого воздухо-воздушного теплообменника // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2023. Т. 27. № 1 (99). С. 116–129.

  5. Kirsch K.L., Thole K.A. Experimental investigation of numerically optimized wavy microchannels created through additive manufacturing // Heat Transfer. Proceedings of the ASME Turbo Expo, American Society of Mechanical Engineers (ASME), ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2017, Charlotte, United States, 2017. DOI: 10.1115/GT2017-64934.

  6. Brandon J.H., Kunal G., Susan C.M., Jane H.D. Design and characterization of an additive manufactured hydraulic oil cooler // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 117. P. 188–200. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.013

  7. Moody L.F. Friction factors for pipe flow // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. 1944. Vol. 66. No. 8. P. 671–678. DOI: 10.1115/1.4018140

  8. Colebrook C.F., Blench H.C., Essex E.H., Finniecome J.R., Lacey G., Williamson J., Macdonald G.G. Correspondence turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between the smooth and rough pipe laws (includes plates) // Journal of the Institution of Civil engineers. 1939. Vol. 12. No. 8. P. 393–422. DOI: 10.1680/ijoti.1939.14509

  9. Bons J.P. A Review of Surface Roughness Effects in Gas Turbines // Journal of Turbomachinery. 2010. Vol. 132. No. 2. DOI: 10.1115/1.3066315 

  10. Stimpson C.K., Snyder J.C., Thole K.A., Mongillo D. Scaling roughness effects on pressure loss and heat transfer of additively manufactured channels // Journal of Turbomachinery. 2016. Vol. 139. No. 2. P. 139. DOI: 10.1115/1.4034555

  11. Lorenzon A., Vaglio Е., Casarsa L., Sortino M., Totis G., Sarago G., Lendormy E., Raukola J. Heat transfer and pressure loss performances for additively manufactured pin fin arrays in annular channels // Applied Thermal Engineering. 2022. Vol. 202. Article number 117851.

  12. Aupoix B. Improved heat transfer predictions on rough surfaces // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2015. Vol. 56. P. 160–171. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.07.007

  13. Mazzei L., Da Soghe R., Bianchini C. CFD Modelling Strategies for the Simulation of Roughness Effects on Friction and Heat Transfer in Additive Manufactured Components // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air – American Society of Mechanical Engineers, 2020. Paper No. V07CT13A021. DOI: 10.1115/GT2020-15406

  14. Aupoix B. Roughness corrections for the k-ω shear stress transport model: Status and proposals // Journal of Fluids Engineering. 2015. Vol. 137. No. 2. Paper No. FE-14-1025. DOI: 10.1115/1.4028122

  15. Jabbour J., Serret D., Yassin H. Numerical Study of Roughness Effect on Performances in Representative Heat Exchanger Channels // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air - American Society of Mechanical Engineers, 2022. Paper No. V06BT13A026. DOI: 10.1115/GT2022-84253

  16. Ansys C.F.X. Version 17.0, ANSYS CFX-solver theory guide. Canonsburg, PA: Ansys Inc. 2016.

  17. Barbin A.R. Turbulent flow in the inlet region of a smooth pipe // Transactions of the ASME. Series D: Journal of basic engineering. 1963. Vol. 85. No. 1. P. 29–34. DOI: 10.1115/1.3656521

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024