ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ЗАМКНУТОЙ ДВУМЕРНОЙ ПОЛОСТИ С ИСТОЧНИКОМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ И ПОРИСТЫМ СЛОЕМ

Автор: Марина Сергеевна Астанина

Соавторы: Шеремет М. А.

Организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

В работе изучается конвективное течение и теплообмен в замкнутой двумерной области при наличии пористой вставки и источника периодического тепловыделения (см. рис. 1). Горизонтальные стенки полости теплоизолированы, боковые стенки поддерживаются при постоянной температуре охлаждения. Течение считается ламинарным, и выполнены условия приближения Буссинеска. Рабочая полость заполнена ньютоновской теплопроводной средой, вязкость которой считается зависимой от температуры ͞μ(T)=μ₀(-ζ[(T-T_c)/ΔT]), где при ζ = 0.0 рассматривается жидкость с постоянной вязкостью, ζ = 1.0 ‒ жидкость с переменной вязкостью. Тепловыделение от источника происходит по закону Q(t)=0.5Q₀[1-cos(ft)], где f ‒ частота тепловыделения. Для моделирования пористой среды используется модель Дарси-Бринкмана [1].

Система дифференциальных уравнений в частных производных была записана в преобразованных безразмерных переменных «функция тока ‒ завихрённость ‒ температура» и решена с помощью метода конечных разностей на равномерной структурированной сетке. В качестве граничных условий на границах раздела сред (пористая среда/чистая среда, пористая среда/нагреватель) были рассмотрены соотношения четвёртого рода для температуры и гидродинамических функций.

В качестве результатов были получены распределения изолиний функции тока и температуры, а также временные зависимости интегральных характеристик для различных значений определяющих безразмерных параметров, а также показаны эффективные режимы работы изучаемой системы охлаждения.

Работа выполнена в рамках реализации проекта Российского научного фонда (соглашение № 24-19-00632 от 06.05.2024).

1. Astanina M.S., Sheremet M.A., Mahabaleshwar U.S., Singh J. Effect of Porous Medium and Copper Heat Sink on Cooling of Heat-Generating Element // Energies. 2020. Vol. 13. №10. Art. 2538.