Режимы естественной конвекции и поверхностного излучения во вращающейся квадратной полости при наличии тепловыделяющего источника энергии

Автор: Степан Андреевич Михайленко

Соавторы: М.А. Шеремет

Организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

Конвективный теплообмен во вращающихся полостях имеет многочисленные инженерные приложения, включающие в себя пищевые и химические процессы, охлаждение электронного оборудования, проектирование роторных систем и многое другое [1]. Целью настоящей исследования является численное моделирование конвективно-радиационного теплопереноса в квадратной вращающейся полости при наличии источника энергии постоянного объемного тепловыделения.

Полость, заполненная теплопроводной ньютоновской жидкостью, прозрачной для излучения, вращается против часовой стрелки с постоянной угловой скоростью ₀. Вертикальные стенки поддерживаются при постоянной температуре T_c, горизонтальные стенки считаются адиабатическими. Внутри полости находится тепловыделяющий источник. Стенки полости являются диффузно-серыми. Теплообмен излучением между стенками анализируется в приближении поверхностного излучения.

Определяющие уравнения Обербека–Буссинеска записываются в безразмерном виде в переменных «функция тока–завихренность–температура» с учетом вращения системы [2]. Для упрощения анализа радиационного теплообмена используется метод сальдо, где безразмерная плотность радиационного потока определяется с помощью плотности потока эффективного излучения на основе условия теплового баланса. Для решения сформулированной краевой задачи используется метод конечных разностей. Дискретное уравнение Пуассона для функции тока решается отдельно методом последовательной верхней релаксации, уравнения дисперсии завихренности и энергии решаются с применением локально-одномерной схемы Самарского.

 Численные исследования нестационарных режимов естественной конвекции и поверхностного теплового излучения в замкнутой вращающейся полости проведены в широком диапазоне изменения определяющих параметров. Исследовано влияние чисел Рэлея, Тейлора и Остроградского, а также приведенной степени черноты ограждающих стенок на распределения изолиний функции тока и температуры, а так же на среднюю температуру внутри источника энергии.

 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-79-20141).

1. You R., Li H., Tao Z. Experimental investigation on two-dimensional heat transfer and secondary flow in a rotating smooth channel // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. 113. P. 342–353.

2. Mikhailenko S.A., Sheremet M.A. Convective heat transfer combined with surface radiation in a rotating square cavity with a local heater // Numerical Heat Transfer A. 2017. 72. 697–707.