Моделирование интенсифицированного теплообмена в каналах с диафрагмами в ламинарной, переходной и турбулентной областях для перспективных теплообменников ракетно-космической техники (2025)
Резюме. Цель. Целью исследования является численное низкорейнольдсовое моделирование теплоотдачи в трубе с выступами полукруглых поперечных профилей с критериями Рейнольдса, характерными для ламинарных, переходных и турбулентных течений теплоносителей.
Метод. Реализованные методом (ФКОМ-ом) в статье были сгенерированы как местные, так и интегральные, как стационарные, так и нестационарные характеристики потока и теплоотдачи в трубе с внутренними рёбрами при переходных и ламинарных поточных режимов теплоносителя, что позволило детерминировать для этих режимов уровни интенсификации теплообмена, которые удовлетворительно коррелируют с имеющимися опытными данными.
Результат. Моделирование теплообмена на воздухе в трубах с турбулизаторами на базе низкорейнольдсовой модели Ментера при высоких числах Рейнольдса вплоть до миллиона обусловливает перспективное моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами данным методом и при более высоких числах Рейнольдса.
Вывод. Модель адекватно описывает реализуемые явления интенсифицированной теплоотдачи для ламинарного, переходного и турбулентного режимов течений теплоносителя с широким диапазоном чисел Прандтля. Полученные закономерности могут использоваться при инженерном и научном расчете интенсифицированного ламинарного, переходного и турбулентного теплообмена при течении в каналах с выступами, используемых в перспективных теплообменниках, применяемых, в том числе, в авиационной и ракетнокосмической технике.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООТДАЧИ В ТРУБАХ С ТУРБУЛИЗАТОРАМИ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ПРИ БОЛЬШИХ И ОЧЕНЬ БОЛЬШИХ (ОТ МИЛЛИОНА ДО МИЛЛИАРДА) КРИТЕРИЯХ РЕЙНОЛЬДСА (2026)
Цель. Рассматривается решение задачи о теплообмене для турбулизаторов потока полукруглого поперечного сечения на основе многоблочных вычислительных технологий, основанных на решении факторизованным конечно-объёмным методом (ФКОМ) уравнений О. Рейнольдса (замыкаемых для переходного режима при помощи модели переноса сдвиговых напряжений Ф. Ментера) и уравнения энергии (на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках).
Метод. Расчёт проводился на базе теоретического метода, основанного на решении факторизованным конечно-объёмным методом уравнений О. Рейнольдса, замыкаемых для переходных режимов с помощью модели переноса сдвиговых напряжений Ф. Ментера, и уравнения энергии на разномасштабных пересекающихся структурированных сетках (ФКОМ).
Результат. Расчётным методом осуществлено математическое моделирование теплообмена в трубах с турбулизаторами для вязких теплоносителей при очень высоких (вплоть до миллиарда) критериях О. Рейнольдса, характерных развитых турбулентных режимов течения. Применённым методом ФКОМ в работе были получены как локальные, так и осреднённые характеристики потока и теплообмена в трубах с турбулизаторами для вязкого теплоносителя для развитого режима течения теплоносителя, что позволило детерминировать для этих режимов уровни интенсификации теплообмена.
Вывод. Постулируется интенсифицирование теплосъёма на воздухе для высоких миллионных критериях О. Рейнольдса, что потенциально актуально для канальных течений в каналах теплообменников, с заметными повышениями гидросопротивлений и может повышаться относительно уменьшенных критериев О. Рейнольдса для больших относительных выступов d/D=0,90. Сформулировано, что для миллиардных критериях О. Рейнольдса каналы с выступами проигрывают каналам с шероховатостями в разрезе интенсифицирования теплосъёма, поскольку имеет место меньший уровень интенсификации теплообмена при приблизительно таком же увеличении относительного гидравлического сопротивления.