Дослідження гідродинаміки та тепловіддачі при поперечному обтіканні повітрям ряду циліндрів з гвинтовими канавками

Autor: Khalatov, Artem, Kovalenko, Glib, Muliarchuk, Mariia
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 3, № 8 (105) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання; 39-45
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 3, № 8 (105) (2020): Энергосберегающие технологии и оборудование; 39-45
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 3, № 8 (105) (2020): Energy-saving technologies and equipment; 39-45
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Cylinder cross-flow is a common phenomenon in many fields of technology. Technological simplicity of tubular structures makes them attractive, especially when using working bodies that are under different pressure values. However, the cylinders belong to the category of «poorly streamlined» bodies, and there are many opportunities to improve their hydrodynamics and heat transfer. For a circular cylinder, there is a speed range in which its hydraulic resistance can decrease due to the deformation of the cylinder surface. This phenomenon can be used for the rational design of heat exchangers.In the open-type wind tunnel, heat transfer coefficients and hydraulic resistances of single-row cylinder bundles with several types of spiral grooves on the outer surface have been determined. The largest increase in heat transfer (64 %) was shown by the cylinder with the smallest pitch of the groove (10 mm), the second place was taken by the cylinder with a relatively large step – 40 mm.Using the best spiral groove allowed reducing the hydraulic resistance by 19 %. Visualization and computer simulation have been used to explain the effects. The conformity of computer simulations to the experimental results was determined by comparing the average heat transfer coefficient (calculated and determined using an ice calorimeter). As a result, the turbulence model RNG_kε has been chosen, which provides a better fit of the experimental model. Computer simulations have explained the physical picture of the flow around cylinders with spiral grooves, including their mutual influence with a different axial orientation in the bundle.It has been shown that the presence of a spiral groove, which on the one hand increases heat transfer and on the other hand reduces hydraulic resistance, can significantly increase thermohydraulic efficiency (Reynolds analogy factor).
Поперечное обтекание цилиндров – распространенное явление во многих областях техники. Технологическая простота выполнения трубчатых конструкций делает их привлекательными, особенно при применении рабочих тел, находящихся под разными величинами давления. Вместе с тем, цилиндры относятся к категории «плохо обтекаемых» тел, и существует широкая возможность улучшения их гидродинамики и теплоотдачи. Для кругового цилиндра существует диапазон скоростей, в котором его гидравлическое сопротивление может уменьшаться от деформации поверхности цилиндра. Это явление может быть использовано для рационального проектирования теплообменников.В аэродинамической трубе открытого типа были определены коэффициенты теплоотдачи и гидравлические сопротивления однорядных пучков цилиндров с несколькими типами спиральных канавок на внешней поверхности. Наибольший прирост теплоотдачи (64 %) показал цилиндр с наименьшим шагом канавки (10 мм), хотя на втором месте оказался образец со сравнительно большим шагом – 40 мм.Применение лучшей спиральной канавки позволило уменьшить гидравлическое сопротивление на 19 %. Для объяснения эффектов применялись визуализация и компьютерное моделирование. Соответствие компьютерного моделирования экспериментальным результатам определялась сравнением среднего коэффициента теплообмена (расчетного и определенного с помощью ледового калориметра). В результате выбрана модель турбулентности RNG_kε, которая обеспечивает лучшее соответствие модели эксперименту. Компьютерное моделирование объяснило физическую картину обтекания цилиндров со спиральными канавками, в том числе их взаимное влияние при отличной осевой ориентации в пучке.Показано, что наличие спиральной канавки, которая с одной стороны увеличивает теплоотдачу, а с другой стороны уменьшает гидравлическое сопротивление, может существенно увеличить теплогидравлическую эффективность (фактор аналогии Рейнольдса)
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)
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: