Modeling Heat Exchange Depending on the Prandtl Number for Various Geometric and Regime Parameters

Abstract

91Для цитирования: Лобанов И.Е. Моделирование теплообмена в трубах с полукруглыми турбулизаторами в зависимости от числа прандтля для различных геометрических и режимных параметров. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019; 46 (4): [91][92][93][94][95][96][97][98][99][100][101] МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ТРУБАХ С ПОЛУКРУГЛЫМИ ТУРБУЛИЗАТОРАМИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧИСЛА ПРАНДТЛЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ Лобанов И.Е. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, Россия Резюме. Цель. Цель работы состоит в исследовании и доказательстве зависимости от числа Прандтля распределения интегрального теплообмена при турбулентном конвективном теплообмене в трубе с последовательностью периодических выступов полукруглой геометрии на основе численного решения системы уравнений Рейнольдса, замыкаемых с помощью модели переноса сдвиговых напряжений Ментера, и уравнения энергии на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках. Метод. Расчёт проводился на базе теоретического метода, основанного на решении факторизованным конечно-объёмным методом уравнений Рейнольдса, замыкаемых с помощью модели переноса сдвиговых напряжений Ментера, и уравнения энергии на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках (ФКОМ). Результат. Расчёты показали, что с увеличением числа Прандтля при малых числах Рейнольдса сначала имеет место заметное увеличение относительного теплообмена, а потом относительный теплообмен изменяется меньше, причём для малых шагов имеет место его увеличение, для средних -почти стабилизация, для больших -незначительное снижение. При больших числах Рейнольдса происходит снижение относительного теплообмена с увеличением числа Прандтля при дальнейшей его стабилизации. Проведён анализ полученных расчётных зависимостей относительного теплообмена от числа Прандтля Рr при различных значениях относительной высоты турбулизатора h/D, относительного шага между турбулизаторами t/D, при различных значениях числа Рейнольдса Re, при прочих равных условиях, который показал качественные и количественные изменения рассчитываемых параметров. Вывод. При малых числах Рейнольдса высота турбулизатора меньше, а при больших -меньше, высоты пристенного слоя, следовательно, имеет место турбулизация только ядра потока, что приводит только к увеличению гидросопротивления и к неувеличению теплообмена. На основании ограниченного расчётного материала было теоретически подтверждено ощутимое снижение уровня интенсификации теплообмена для малых чисел Прандтля. Полученные результаты интенсифицированного теплообмена в области низких чисел Прандтля обосновывают перспективную разработку исследований в данном направлении. Полученные в работе теоретические данные детерминировали закономерности относительного теплообмена в широком диапазоне чисел Прандтля, в том числе в тех областях, где ещё не существует экспериментального материала.Abstract. Objectives. The aim is to study the dependency o...