ТЕПЛООБМЕН В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ

Автор: Владимир Викторович Трифонов

Соавторы: А.И. Решмин, С.Х. Тепловодский

Организация: НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва

Проведены численные исследования течения в кольцевом канале переменного сечения. Течение предполагалось безотрывным, поэтому рассматривались только небольшие углы наклона стенок канала. Для чисел Рейнольдса в диапазоне 3000-10000 рассчитаны профили скорости, энергии турбулентности, напряжений Рейнольдса и определяемые ими характеристики турбулентного теплообмена. Расчеты показали сильное влияние угла раскрытия кольцевого канала на турбулентные характеристики потока. Увеличение интенсивности турбулентности в случае подвода тепла к стенке приводит к увеличению характеристик теплообмена. При использовании такого канала в теплообменном аппарате можно не применяя искусственную турбулизацию потока увеличить число Нуссельта и коэффициента аналогии Рейнольдса по сравнению с каналом постоянного сечения при тех же числах Рейнольдса. Расчеты проведены с применением трёхпараметрической дифференциальной модели турбулентности [1], дополненной уравнениями для турбулентного переноса тепла, проведено численное исследование течения и теплообмена в кольцевых каналах с различной степенью расширения. В качестве теплоносителя рассматривался воздух при нормальных условиях.

Показано, что в кольцевом расширяющемся канале при всех рассмотренных изменениях угла раскрытия и чисел Рейнольдса основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса – оказываются выше, чем в канале постоянного сечения при том же числе Рейнольдса. Это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия.

Интенсификация теплообмена в расширяющемся кольцевом канале достигается без заметного роста коэффициента трения. Это является принципиальным отличием рассмотренного способа интенсификации теплообмена от многих известных способов, где увеличение теплоотдачи достигается ценой значительного роста гидравлических потерь.