Влияние вязкой диссипации на конвективное течение в осесимметричном канале при локальном нагреве стенки
Автор: Алина Александровна Шнейдер
Соавторы: Шеремет М. А.
Организация: Томский государственный университет
Движение жидкости в горизонтальных каналах имеет большое практическое значение, поскольку оно широко распространено в нефтегазовой, химической и энергетической промышленности. При транспортировке жидкости важно поддерживать температуру выше температуры застывания. Для этого участок стенки может подогреваться. Существует обратная задача, когда труба является теплоотводящим элементом; в этом случае необходимо понимать, насколько эффективно происходит теплообмен. В качестве рабочих сред в таких аппаратах часто используются масла и полимеры. При тепломассопереносе этих сред следует учитывать влияние вязкой диссипации.
В настоящей работе выполнено математическое моделирование вынужденной конвекции несжимаемой жидкости с температурно-зависимыми вязкостью и теплопроводностью с учетом диссипативных слагаемых. Течение считается ламинарным и стационарным. Рассматривается осесимметричный цилиндрический канал с локальным кольцевым нагревом стенки. На нагреваемом участке подвод тепла задается двумя способами: граничным условием первого и второго рода (см. рис. 1). Температурная зависимость динамической вязкости описывается экспоненциальным законом, а теплопроводности – линейным [1]. Определяющие уравнения, полученные из законов сохранения массы, импульса и энергии, приведены к безразмерному виду в переменных «функция тока – завихренность скорости». Система дифференциальных уравнений в частных производных решалась методом конечных разностей второго порядка точности на равномерной сетке [2]. Сходимость по сетке оценивалась на трёх последовательно сгущающихся сетках. Проведена верификация разработанного численного кода.
Было выявлено, что учёт вязкой диссипации позволяет точнее описать процесс теплопереноса, а характер зависимости числа Нуссельта от числа Бринкмана зависит от граничного условия на стенке. Проанализировано влияние вязкой диссипации в осевом направлении.
