Дослідження гідродинаміки та тепловіддачі при поперечному обтіканні повітрям ряду циліндрів з гвинтовими канавками
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205656Ключові слова:
тепловіддача, гідродинаміка, інтенсифікація тепловіддачі, гідравлічний опір, спіральні канавки, аналогія РейнольдсаАнотація
Поперечне обтікання циліндрів – поширене явище в багатьох галузях техніки. Технологічна простота виконання трубчастих конструкцій робить їх привабливими, особливо при застосуванні робочих тіл, які знаходяться під різними величинами тиску. Разом з тим, циліндри відносяться до категорії «погано обтічних» тіл, і існує широка можливість покращення їх гідродинаміки і тепловіддачі. Для кругового циліндра існує діапазон швидкостей, в якому його гідравлічний опір може зменшуватись від деформації поверхні циліндра. Це явище може бути використане для раціонального проектування теплообмінників.
В аеродинамічній трубі відкритого типу були визначені коефіцієнти тепловіддачі та гідравлічні опори однорядних пучків циліндрів з декількома типами спіральних канавок на зовнішній поверхні. Найбільший приріст тепловіддачі (64 %) показав циліндр з найменшим кроком канавки (10 мм), на другому місці опинився екземпляр з порівняно великим кроком – 40 мм.
Застосування найкращої спіральної канавки дозволило зменшити гідравлічний опір на 19 %. Для пояснення ефектів застосовувались візуалізація і комп’ютерне моделювання. Відповідність комп’ютерного моделювання експериментальним результатам визначалась порівнянням середнього коефіцієнту теплообміну (розрахункового і визначеного за допомогою льодового калориметра). В результаті вибрано модель турбулентності RNG_ke, яка забезпечує кращу відповідність моделі експерименту. Комп’ютерне моделювання пояснило фізичну картину обтікання циліндрів зі спіральними канавками, в тому числі їх взаємний вплив при відмінній осьовій орієнтації в пучку.
Показано, що наявність спіральної канавки, яка з одної сторони збільшує тепловіддачу, а з другої сторони зменшує гідравлічний опір, може суттєво збільшити теплогідравлічну ефективність (фактор аналогії Рейнольдса)
Посилання
Migay, V. K., Firsova, E. V. (1986). Teploobmen i gidravlicheskoe soprotivlenie puchkov trub. Leningrad: Nauka, 176.
Schlichting, H., Gersten, K. (2017). Boundary-Layer Theory. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-52919-5
Eiffel, G. (1912). Sur la resistance des spheres dans l’air en movement. Comptes Rendus, 155, 1597.
Kovalenko, G. V., Khalatov, A. A. (2003). Fluid Flow and Heat Transfer Features at a Cross-Flow of Dimpled Tubes in a Confined Space. Volume 5: Turbo Expo 2003, Parts A and B. doi: https://doi.org/10.1115/gt2003-38155
Kovalenko, G. V., Meyris, A. Zh. (2013). Comparison of different methods of heft transfer enhancement on the cylindrical surfaces different methods of hes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (63)), 58–60. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/14882/12686
Spitsyn, V. E., Botsula, A. L., Solomonyuk, D. N., Chobenko, V. N. (2008). Vysokoeffektivnaya gazoturbinnaya ustanovka dlya GPA. Vestnik Natsional'nogo tehnichnskogo universiteta «KhPI», 34, 8–11.
Laidoudi, H., Blissag, B., Bouzit, M. (2018). Numerical Investigation of Mixed Convection Heat Transfer in Steady Flow Past a Row of Three Square Cylinders. Defect and Diffusion Forum, 389, 164–175. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ddf.389.164
Islam, S. U., Rahman, H., Zhou, C. Y. (2016). Effect of gap spacings on flow past row of rectangular cylinders with aspect ratio 1.5. Ocean Engineering, 119, 1–15. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.04.022
Parthasarathy, N., Dhiman, A., Sarkar, S. (2017). Flow and heat transfer over a row of multiple semi-circular cylinders: selection of optimum number of cylinders and effects of gap ratios. The European Physical Journal Plus, 132 (12). doi: https://doi.org/10.1140/epjp/i2017-11791-2
Razzaghpanah, Z., Sarunac, N., Javanshir, A., Khalesi, J. (2019). Natural convection heat transfer from a horizontal row of finite number of heated circular cylinders immersed in molten solar salt. Journal of Energy Storage, 22, 176–187. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2019.02.008
Lima E Silva, A. L. F., Lima E Silva, S. M. M. (2014). Convection heat transfer around a single row of cylinders. Computational Thermal Sciences: An International Journal, 6 (6), 477–492. doi: https://doi.org/10.1615/computthermalscien.2014010552
Sukhotskii, A. B., Sidorik, G. S. (2017). Experimental study of heat transfer of a single-row bundle of finned tubes in mixed convection of air. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 60 (4), 352–366. doi: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-4-352-366
Vicente, P. G., Garcı́a, A., Viedma, A. (2002). Heat transfer and pressure drop for low Reynolds turbulent flow in helically dimpled tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 45 (3), 543–553. doi: https://doi.org/10.1016/s0017-9310(01)00170-3
Isachenko, V. P., Osipova, V. A., Sukomel, A. S. (1975). Teploperedacha. Moscow: Energiya, 488.
Kovalenko, G. V., Halatov, A. A. (2008). Adaptation of the ice calorimeters for investigation of the heat transfer of surfaces formed by dimples. Promyshlennaya teplotehnika, 30 (2), 5–12.
Lavrenova, D. L., Khlystov, V. M. (2016). Osnovy metrolohiyi ta elektrychnykh vymiriuvan. Kyiv, 123.
Khalatov, A. A., Kovalenko, G. V., Meiris, A. Z. (2018). Heat Transfer in Air Flow Across a Single-Row Bundle of Tubes With Spiral Grooves. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 91 (1), 64–71. doi: https://doi.org/10.1007/s10891-018-1719-x
Muliarchuk, M. A., Khalatov, A. A., Kovalenko, H. V. (2019). Hidrodynamika ta teploviddacha odnoriadnoho puchka tsylindriv z hvyntovymy kanavkamy na zovnishniy poverkhni pry poperechnomu obtikanni povitriam. XVII Vseukrainska naukovo-praktychna konferentsiya studentiv, aspirantiv ta molodykh vchenykh «Teoretychni i prykladni problemy fizyky, matematyky ta informatyky». Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 82–85.
Uong, H. (1979). Osnovnye formuly i dannye po teploobmenu dlya inzhenerov. Moscow: Nauka, 216.
##submission.downloads##
Опубліковано
Версії
- 2023-01-27 (2)
- 2020-06-30 (1)
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Artem Khalatov, Glib Kovalenko, Mariia Muliarchuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
