ivdon3@bk.ru
В данной статье на основе математического моделирования проанализирован теплообмен в шахматном пучке труб в условиях стационарного и пульсационного потока. Численное исследование проводилось для пучков труб при числе продольных рядов 5, 10 и 15. Число Рейнольдса Re и число Прандтля Pr соответствовали 3400 и 3 соответственно. Пульсации потока имели симметричный и несимметричный возвратно-поступательный характер. Влияние пульсаций оценивалось с помощью произведения относительной безразмерной амплитуды пульсаций и числа Струхаля A/DSh, которое принимало значения 0,1, 0,25 и 0,4. Численное исследование проводилось с помощью Ansys Fluent. Гидродинамика потока в пучке труб описывалась с помощью осредненных по Рейнольдсу нестационарных уравнений Навье-Стокса. По результатам математического моделирования установлено, что влияние пульсаций на теплообмен пучка труб различно в зависимости от числа продольных рядов. Показано, что увеличение числа рядов приводит к уменьшению прироста числа Нуссельта в пульсационном течении по сравнению со стационарным потоком. Установлено что теплогидравлическая эффективность возрастает с увеличением числа рядов. Показано, что несимметричные пульсации эффективней симметричных для интенсификации теплообмена при учете энергетических затрат.
Ключевые слова: интенсификация теплообмена, шахматных пучок труб, теплообмен, математическое моделирование, пульсации потока
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника
В данной статье рассмотрен вопрос выбора модели турбулентности при прогнозировании теплоотдачи в пучках труб с учётом двухмерной и трёхмерной постановки. Численное исследование проводилось для коридорного и шахматного пучка труб с помощью программного продукта Ansys Fluent c тремя RANS моделями турбулентности (k-ω SST, RSM EWT и RNG k-ε) и ламинарным решателем. Длина трубок l при трехмерной постановке соответствовала 0,5D и 3D при фиксированном диаметре трубок D. Число Рейнольдса Re находилось в диапазоне от 100 до 2900. Результаты показали, что выбор модели турбулентности влияет на качественную картину течения в пучках труб, при этом независимо от выбора модели турбулентности в течении преобладают двухмерные структуры. Поэтому длина трубок пучка практически не оказывает влияние на способность предсказывать интенсивность теплообмена. Показано, что при использовании ламинарного решателя влияние длины трубок пучка может быть значительно в зависимости от Re и компоновки пучка. Экспериментальные данные согласуются с результатами расчета для моделей RSM EWT и RNG k-ε EWT. Для шахматного пучка при выборе k-ω SST модели наблюдается удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными, при этом теплоотдача коридорного пучка существенно ниже. Использование ламинарного решателя в стационарной постановке оправдано для выраженного ламинарного течения, при Re < 1000 c дальнейшим увеличением Re необходимо использовать нестационарную постановку с достаточным временным и пространственным разрешением.
Ключевые слова: конвективный теплообмен, коридорный пучок труб, шахматный пучок труб, компьютерное моделирование, моделирование турбулентности
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника
В статье представлена модель формирования термодиффузионного слоя на сталях. Химико-термическим способом в порошковой смеси были получены термодиффузионные покрытия на стали 45 и стали ХВГ. Проведены исследования послойного рентгеноструктурного фазового и микрорентгеноспектрального анализа исследуемых покрытий. на сталях. Полученные результаты рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа диффузионных покрытий подтверждают правильность модели формирования диффузионного слоя и изложенных теоретических предпосылок. Результаты исследования могут быть использованы при составлении смесей для термодиффузионного насыщения.
Ключевые слова: диффузионный слой, диффузионное хромирование, диффузионное покрытие
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.5 - Строительные материалы и изделия
При выборе метода интенсификации оценка теплогидравлической эффективности является важным критерием. В данной работе проведена оценка теплогидравлической эффективности пульсационного метода интенсификации теплообмена применительно к коридорному пакету труб. Теплогидравлическая эффективность оценивалась путем сопоставления отношения прироста числа Нуссельта к приросту коэффициента гидравлического сопротивления в пульсационном течении по сравнению со стационарным течением. Коэффициент гидравлического сопротивления определялся путем численного моделирования в AnsysFluent. Результаты численного исследования показали, что увеличение произведения амплитуды пульсаций и числа Струхаля приводит к понижению теплогидравлической эффективности при всех значениях числа Рейнольдса, при этом теплогидравлическая эффективность выше при минимальных значениях числа Рейнольдса.
Ключевые слова: фактор аналогий Рейнольдса, пульсация потока, интенсификация теплообмена, теплогидравлическая эффективность
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.3 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Изоляционные материалы широко используются в нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности. Теплоизоляционные материалы играют важную роль в энергосбережении систем централизованного теплоснабжения и в строительном секторе. В данной работе экспериментальным методом определено влияние цикла смачивания и сушки на теплопроводность и плотность теплоизоляционных материалов. Теплопроводность изоляционных материалов определялась методом защищенной горячей пластины. Установлено, что после четырех циклов смачивания и сушки теплопроводность и плотность теплоизоляционных материалов повышается до 2 и 2,5 раз соответственно.
Ключевые слова: теплопроводность теплоизоляционных материалов, плотность теплоизоляционных материалов, увлажнение теплоизоляционных материалов
Точность расчета и требуемое машинное время существенно зависит от выбора модели турбулентности. В данной статье проанализированы три модели турбулентности SST, k-w SST, и RNG k-e EWT с улучшенной пристеночной функцией применительно к коридорному пучку труб. Определено распределение теплоотдачи по глубине пучка. Получены профили скоростей в поперечных сечениях по глубине пучка труб. В результате численных исследований показано, что совпадение с экспериментальными данными для моделей SST, k-w SST, и RNG k-e EWT составило 75, 32 и 10% соответственно.
Ключевые слова: моделирование турбулентности, пучки труб, теплообмен, математическое моделирование
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника
В данной работе численным методом исследована эффективная теплопроводность пористых материалов. Предложена методика конструирования изоляционного материала с заданными геометрическими характеристиками, позволяющая с достаточной точностью прогнозировать теплопроводность пористой изоляции. Конструирование вспененных пористых теплоизоляционных материалов основывалось на методе диаграммы Вороного. Эффективная теплопроводность пористых сред определялась для двадцати структур с различными геометрическими характеристиками. Теплофизические свойства материала соответствовали меланину. Для верификации численного решения эффективная теплопроводность меланиновой губки определялась экспериментально. Между собой сравнивалась одна регулярная структура и три нерегулярные структуры. Порозность изоляционных конструкций находилась в диапазоне от 0,722 до 0,987, диаметр фибер в диапазоне от 0,0489 мм до 0,1259 мм. Предложено теоретическое решение для определения эффективной теплопроводности регулярных структур. Предложенная в работе методика может быть использована для конструирования теплоизоляционных материалов на основе аддитивных технологий, с известно заданными теплоизоляционными и конструктивными свойствами.
Ключевые слова: эффективная теплопроводность, пористая структура, пористый изоляционный материал, диаграмма Вороного
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
В работе проведено экспериментальное исследование влияния пульсаций потока на теплообмен в пучке труб. Экспериментальным путем получены закономерности теплообмена в пучке труб при пульсационном режиме течения потока. Максимальная интенсификация теплообмена составила 3,23 раза.
Ключевые слова: теплообмен, пульсационное течение, коридорный пучок труб, интенсификация теплообмена, кожухотрубный теплообменник.
В данной работе на основе математического моделирования исследован теплообмен в пористой среде при пульсирующем течении. Моделирование проводилось в программном продукте AnsysFluent. Пористая среда была представлена в виде двухмерного канала с квадратными трубами. Определены закономерности теплообмена и гидравлического сопротивления пористой среды в пульсирующем потоке при различной пористости и диаметра фибер в зависимости от числа Рейнольдса, числа Прандтля, частоты и амплитуды пульсаций. Степень интенсификации теплообмена существенно зависит от режимных и геометрических параметров. Предложен ряд обобщающих зависимостей для расчета теплоотдачи и степени интенсификации теплообмена при симметричных и несимметричных пульсациях потока. Определена теплогидравлическая эффективность при одинаковых числах Рейнольдса и мощностях на прокачку теплоносителя в пористой среде при симметричных и несимметричных пульсациях потока.
Ключевые слова: теплообмен, пульсационное течение, пористая среда, математическое моделирование, теплогидравлическая эффективность
01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ