Режимы естественной конвекции и поверхностного излучения во вращающейся кубической полости с плоским источником энергии

Автор: Степан Андреевич Михайленко

Соавторы: Шеремет М.А.

Организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

Развитие технологий в промышленности и энергетике требует создания новых энергоэффективных систем охлаждения и терморегуляции. Интересным объектом исследования являются вращающиеся системы, которые можно встретить в различных инженерных задачах. Например, вращающиеся системы используются в проектировании роторных теплообменников [1], а также в системах хранения и рекуперации тепловой энергии [2]. Не менее актуальной задачей является проектирование систем охлаждения электронного оборудования [3].

В данной работе проводится анализ режимов естественной конвекции и радиационного теплообмена во вращающейся кубической полости при наличии плоского источника тепловой энергии на нижней стенке. Вращение полости происходит с постоянной угловой скоростью вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр области решения (см. Рис.). Все поверхности полости и источника являются отражателями и излучателями энергии теплового излучения, при этом среда является диатермичной. Полость заполнена ньютоновской несжимаемой жидкостью с теплофизическими параметрами, не зависящими от температуры.

Система основных уравнений записана в безразмерном виде с использованием преобразованных переменных «векторный потенциал – вектор завихренности» [4]. Результаты численного моделирования получены в широком диапазоне изменения числа Тейлора (Ta = 10³–10⁶), числа Рэлея (Ra = 10³–10⁶) и коэффициента излучения поверхностей (e=0–0.9). Проанализировано влияние управляющих параметров на интенсивность конвективного и радиационного теплообмена.

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

1. Alhusseny A., Turan A., Nasser A. Rotating metal foam structures for performance enhancement of double-pipe heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 105. P. 124–139.

2. Junfei Guo, Bo Yang, Ze Li, Liu Lu, Xiaohu Yang, Ya-Ling He. Charging characteristics of finned thermal energy storage tube under variable rotation. Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 236. Art. 121887.

3. Jin L.F., Tou K.W., Tso C.P. Experimental and Numerical Studies an a Rotating Cavity with Discrete Heat Sources with Conjugate Effects, Experimental Heat Transfer: A Journal of Thermal Energy Generation, Transport, Storage, and Conversion. 2005. Vol. 18. № 4. P. 259–277.

4. Mikhailenko S.A., Sheremet M.A. Convection in a differentially heated cubic cavity rolling about horizontal axis. International Journal of Thermal Sciences. 2022. Vol. 179. Art. 107639.