ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ ЧАСТИЧНО НАГРЕТЫХ ЦИЛИНДРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
Автор: Матвей Максимович Гончаров
Соавторы: Кондрашов А.Н., Голдобин А.А., Селетков Б.С.
Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет
В проведенном исследовании изучены при различных значениях эксцентричности цилиндров конвективные структуры в полости, заполненной несжимаемой жидкостью (Рисунок 1 а). Поверхность внешнего цилиндра находится при фиксированной температуре T0, соответствующей температуре окружающей среды. При этом на одной половине внутреннего цилиндра поддерживалась некоторая постоянная температура Ti, другая же половина считалась теплоизолированной. Результаты исследования получены методом конечных элементов в двумерной постановке в приближении Буссинеска.
Отмечено, что структура температурного и скоростных полей при смещении на величину меньше половины максимального зазора качественно не отличается от картин, соответствующих случаю коаксиальных цилиндров. При большом смещении изменение угла приводило к существенной смене режима течения, возникающей ввиду близости нагревателя к стенкам. Например, в случае нагрева сверху после достижения некоторого критичного смещения внутреннего цилиндра наблюдалось существование несимметричного решения, что согласуется с результатами работы [1].
Впоследствии зафиксированные особенности ярко проявились в зависимостях интегральных тепловых характеристик. Так, анализируя контурный график безразмерного суммарного теплопотока на внешней границе полости от числа Релея и угла наклона, было замечено варьирование угла с минимальным Нуссельтом от 60° до 100° при различных смещениях нагревателя.
Результаты приведенного исследования могут быть использованы в проектировании электронных систем с компактными источниками тепла в замкнутых полостях [2], а также в системах охлаждения [3].
1. Hu Y. et al. Natural convection in a nanofluid-filled eccentric annulus with constant heat flux wall: A lattice Boltzmann study with immersed boundary method //International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2017. – Т. 86. – С. 262-273.
2. Matvey Maksimovich G. et al. Gravity Orientation Effects on Convection in the Gap Between Partially Heated Cylinders //Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 2022. – С. 1-9.
3. Gibanov N. S., Sheremet M. A. Natural convection in a cubical cavity with different heat source configurations // Thermal Science and Engineering Progress. – 2018. – Т. 7. – С. 138-145.