Предельная интенсификация теплообмена в трубах за счет искусственной турбулизации потока

отношение турбулентной и динамической вязкостей для переходной (буферной) области. Индексы: т - турбулентный; п.о - переходная область; О - значения для гладкой трубы.

Литература

\. //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1990. № 2. С.  169-172.

2.  В. К.//Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1965. № 6. С. 123-131.

3.  Интенсификация конвективного теплообмена в трубах и каналах теплообменного оборудования: Дис. ... докт. техн. наук. Л., 1973.

4.  В. К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л., 1987.

5.  Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Копп И. 3., Мякочин А. С. Эффективные поверхности теплообмена. М., 1998.

6.  Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. М., 1990.

7.  В. К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л., 1980.

8.  Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М., 1979.

ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

2003 г.                                                                             ЯНВАРЬ-ФЕВРАЛЬ                                                                 ТОМ 76, № 1

УДК 532.517.4:536.24

ЧИСЛЕННЫЙ   АНАЛИЗ   ВЛИЯНИЯ   НА   ТУРБУЛЕНТНЫЙ   ТЕПЛООБМЕН   ГЛУБИНЫ СФЕРИЧЕСКОЙ   ЛУНКИ   НА   ПЛОСКОЙ   СТЕНКЕ

Проведено численное исследование влияния на вихревой теплообмен глубины сферической лунки на плоской стенке в рамках многоблочного подхода к решению стационарных уравнений Рейнольдса, замкнутых с помощью, зональной модели переноса сдвиговых напряжений Ментера, и уравнения энергии.

1.   Одно из перспективных направлений развития современной теплофизики связывается с вихревой интенсификацией теплообменных процессов при обтекании рельефов из лунок. В последние двадцать лет в ряде российских научных и производственных центров выполнены теплофизические и гидроаэродинамичес кие исследования, которые привели к созданию опытных образцов и ряда серийных высокоэффективных энерготехнических устройств, использующих самоорганизацию смерчеобразных вторичных струй в потоках газов и жидкостей. Это явление обнаружено и в общих чертах изучено в период 1976-1988 гг. в инициа тивных работах ИАЭ им. И. В. Курчатова [1]. Дальнейшее их развитие происходило в российской фирме "БАСЭРТ", владеющей правами на технологии смерчевого энергообмена [2]. В проведенных исследованиях (см. также [3]) впервые визуализированы и описаны крупномасштабные вихревые структуры и их ансамбли, самоорганизующиеся в потоках газов и жидкостей вблизи энергообменных поверхностей, сформованных рельефом трехмерных вогнутостей-лунок. Дана оценка интенсификации процессов тепломассообмена и гид роаэродинамического  сопротивления изотермических  и нагреваемых  поверхностей с такими рельефами. Обнаружено уникальное соотношение между скоростью отбора тепла и гидроаэродинамическими потерями в потоках энергоносителей, нарушающее привычную аналогию Рейнольдса в пользу теплоотдачи.

Опыт исследований в этой области (см., например, [3-10]) указывает, что интенсивность гидроаэродинамических процессов при обтекании лунок зависит от многих параметров, определяющих свойства и режимы движущейся среды, форму, размеры и плотность элементов рельефа на обтекаемой поверхности, характеристики энергообменного канала и др. В настоящее время эти связи лишь качественно выявлены в экспериментах с наиболее простыми рельефами трехмерных вогнутостей - лунками сферической формы, что недостаточно для обобщения и обнаружения закономерностей энергообменных процессов при самоорганизации смерчеобразных вихрей. Поэтому одними из основных задач продолжают считаться выбор трехмерных вогнутых рельефов и изготовление образцов для.расширения и систематизации экспериментальных исследований в этой области, изучение структуры вторичных смерчеобразных струй и разработка моделей взаимодействия потоков вязкой сплошной среды с рельефами трехмерных вогнутостей.

Анализ ряда экспериментальных работ последнего периода [8-10] подтверждает привлекательность рассматриваемого способа вихревой интенсификации тепломассообменных процессов, в том числе для целей охлаждения устройств различного назначения. Однако расширение географии исследований, рост числа публикаций до сих пор не привели к выяснению существа управляющих физических механизмов. В известной степени экспериментальные методы, примененные для их анализа, оказались ограниченными как по причинам множественности влияющих факторов, так и в силу неспособности детально и в полной мере раскрыть структурные особенности пространственных вихревых потоков. Поэтому центр тяжести в понимании существа проблемы все больше смещается в сторону численного эксперимента, проводимого с помощью компьютерных имитационных комплексов.

Данная работа продолжает цикл исследований в области численного моделирования конвективного теплообмена при турбулентном обтекании несжимаемой жидкостью уединенной сферической лунки на плоскости в широком диапазоне изменения глубины лунки. При этом основное внимание уделяется анализу взаимосвязи перестройки самоорганизующихся вихревых структур и интенсификации теплообмена в окрестности лунки.

2.   Предварительные численные исследования пространственного вихревого течения и теплообмена в окрестности сферической лунки на плоскости были выполнены на основе расчетов на моноблочных сетках Н- и О-типа в рамках стратегии, базирующейся на расщеплении