Влияние геометрии выемок на теплообмен пластины с выемками: анализ потоковых контуров и локального теплообмена


Авторы

Дееб Р.

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия

Аннотация

Проведено численное моделирование влияния выемок различных геометрий на локальные характеристики течения и теплообмена в диапазоне чисел Рейнольдса 8,5×10³–75×10³. Анализ показал, что выемки усиливают вторичные течения, турбулентность и разрушение пограничного слоя, способствуя интенсификации теплообмена. Сферические выемки обеспечивают наибольшие зоны рециркуляции, эллиптические вызывают более интенсивный отрыв потока, а каплевидные при углах атаки θ = 180° усиливают внутреннюю рециркуляцию и турбулентность, а при θ = 0° обеспечивают более сглаженный профиль течения. Кулачковые выемки демонстрируют комбинированные характеристики в зависимости от угла атаки. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации поверхностей теплообменников в инженерных приложениях.

Ключевые слова:

выемка, лунка, угол атаки, вихри, коэффициент теплоотдачи, теплообмен, эффективность, CFD

Список источников

  1. Zhirun S., Xin L., Jie C. et al. Numerical study of variable density and height flow guided pin fin in an open microchannel heat sink // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. Vol. 225. DOI: 10.1016/j.ijheat masstransfer.2024.125405

  2. Sajan T., Ehtesham A., Heesung P. A novel concept for a rib turbulator for optimizing the cooling performance in a square channel // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2023. Vol. 221. DOI: 10.1016/j.ijheat masstransfer.2023.125144

  3. Ligrani P.M., Oliveira M.M., Blaskovich T. Comparison of heat transfer augmentation techniques // AIAA J. 2003. Vol. 41. №. 3. P. 337–362. DOI: 10.2514/2.1964

  4. Afanasyev V.N., Chudnovsky Y.P., Leontiev A.I. et al. Turbulent flow friction and heat transfer characteristics for spherical cavities on a flat plate // Experimental Thermal and Fluid Science. 1993. Vol. 7. №. 1. P. 1–8. DOI: 10.1016/0894-1777(93)90075-T

  5. Wang Z., Wang Y., Zhang J. et al. Numerical Simulation of Heat Transfer Performance of a Dimpled Tubular Heat Exchanger // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. №. 24. P. 12965–12965. DOI: 10.3390/app122412965 

  6. Nasr M.E., Tay J., Khoo B.C. Numerical study of heat transfer and drag in dimpled channel with different dimple geometries // Journal of Enhanced Heat Transfer. 2022. Vol. 29. DOI: 10.1615/jenhheattransf.20220 41456

  7. Chen Y., Chew Y.T., Khoo B.C. Enhancement of heat transfer in turbulent channel flow over dimpled surface // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. №. 25–26. P. 8100–8121. DOI: 10.1016/j.ijheat masstransfer.2012.08.043  

  8. Дееб Р. Численное исследование характеристик теплообмена и гидравлического сопротивления шахматных пучков сдвоенных труб круглой и каплевидной формы // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 10. С. 434–444.

  9. Дееб Р. Влияние угла атаки на характеристики теплообмена при обтекании одиночной каплевидной трубы // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22. № 5. С. 43–63.

  10. Дееб Р. Влияние относительного продольного и поперечного шага на характеристики теплообмена шахматного пучка труб каплевидной формы // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 2. С. 74–84.

  11. Acharya S., Zhou F. Experimental and Computational Study of Heat/Mass Transfer and Flow Structure for Four Dimple Shapes in a Square Internal Passage // ASME Journal of Turbomachinery. 2012. Vol. 134. №. 6. DOI: 10.1115/1.4006315 

  12. Rad H.S., Mousavi S.M., Sarmadian A. Comparative study on the thermal–hydraulic performance of tubes enhanced with three different types of teardrop protrusions // Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 236. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121682

  13. Perwez A., Kumar R. Heat transfer performance investigation of the spherical dimple heat sink and inclined teardrop dimple heat sink // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2019. Vol. 76. P. 73–86. DOI: 10.1080/10407782.2019.1612676

  14. Rao Y., Li B., Feng Y. Heat transfer of turbulent flow over surfaces with spherical dimples and teardrop dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2015. Vol. 61. P. 201–209. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.20 14.10.030

  15. ANSYS, Inc. ANSYS FLUENT 12.0 User’s Guide. 2009.

  16. Boelter L.M.K., Cherry V.H., Johnson H.A. et al. Heat Transfer Notes. McGraw-Hill Book Company, New York, 1965.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025