Взаимосвязь локального ускорения ламинарного потока в канале с аномальной интенсификацией теплообмена в двухрядных наклонных канавках
- Авторы: Исаев С.А.1,2,3, Мильман О.О.3, Михеев Н.И.4, Никущенко Д.В.1, Душин Н.С.4, Клюс А.А.2, Осиюк Е.А.2
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
- Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова
- Научно-производственное внедренческое предприятие Турбокон
- Казанский научный центр РАН (ФИЦ КазНЦ РАН)
- Выпуск: № 4 (2024)
- Страницы: 29-54
- Раздел: Статьи
- URL: https://vietnamjournal.ru/1024-7084/article/view/682519
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708424040038
- EDN: https://elibrary.ru/OYSKEA
- ID: 682519
Цитировать
Аннотация
Проведено экспериментальное и численное исследование аномальной интенсификации ламинарного отрывного течения и теплообмена (АИЛОТТ) в канале с двумя рядами из 26 плотно расположенных канавок под углами наклона ±45° при равномерном потоке на входе и изменении чисел Re от 1000 до 5500. Обосновывается локальное ускорение потока с достижением в безразмерных переменных максимальной скорости порядка 1.8 и утончение пристеночного слоя с ростом продольной скорости, доходящей до величины 1.4 на расстоянии y=0.005 от стенки при Re=2500, над входными сферическими сегментами канавок. Установлена взаимосвязь местного ускорения в центре канала и АИЛОТТ, причем отмечается, что при Re=5500 минимальная величина относительного отрицательного трения доходит до –25, а относительная теплоотдача от структурированного участка канала достигает 5.2.
Об авторах
С. А. Исаев
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет; Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова; Научно-производственное внедренческое предприятие Турбокон
Автор, ответственный за переписку.
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Калуга
О. О. Мильман
Научно-производственное внедренческое предприятие Турбокон
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Калуга
Н. И. Михеев
Казанский научный центр РАН (ФИЦ КазНЦ РАН)
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Казань
Д. В. Никущенко
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
Н. С. Душин
Казанский научный центр РАН (ФИЦ КазНЦ РАН)
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Казань
А. А. Клюс
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
Е. А. Осиюк
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова
Email: isaev3612@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Milman O., Ananiev P. Dry сoolers and air-condensing units (Review) // Thermal Eng. 2016. V.63. P. 157–167.
- Gao J., Hu Z., Yang Q., Liang X., Wu H. Fluid flow and heat transfer in microchannel heat sinks: modelling review and recent progress // Thermal Science and Engineering Progress. 2022. V.29. p.101203.
- Dzyubenko B., Kuzma-Kichta Yu., Leontiev A., Fedik I., Kholpanov L. Intensification of heat and mass transfer on macro-, micro-, and nanoscales. Begell House, 2016. 630p
- Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp I.Z., Myakotchin A.S. Efficient surfaces for heat exchangers: fundamental and design. Begell house. 2002. 392p.
- Rashidi S., Hormozi F., Sunden B., Mahian O. Energy saving in thermal energy systems using dimpled surface technology – A review on mechanisms and applications // Appl. Energy. 2019. V.250. P. 1491–1547.
- Wei X.J., Joshi Y.K., Ligrani P.M. Numerical simulation of laminar flow and heat transfer inside a microchannel with one dimpled surface // Journal of Electronic Packaging. 2007. V. 129. № 1. P. 63–70.
- Xu M., Lu H., Gong L., Chai J.C., Duan X. Parametric numerical study of the flow and heat transfer in microchannel with dimples // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. V.76. P. 348–357.
- Park D.S. Experimental and numerical study of laminar forced convection heat transfer for a dimpled heat sink // Thesis of Master of Science. Texas A&M University. 2007. 60 p.
- Bi C., Tang G.H., Tao W.Q. Heat transfer enhancement in mini-channel heat sinks with dimples and cylindrical grooves // Applied Thermal Engineering. 2013. V.55. p.121–132.
- Lu G., Zhai X. Analysis on heat transfer and pressure drop of a microchannel heat sink with dimples and vortex generators // International journal of thermal sciences. 2019. V.145. p.105986.
- Isaev S.A., Leonardi E., Timchenko V., Usachov A.E. Vortical investigation of heat transfer in microchannels with oval dimples // Heat Transfer Research. 2010. V. 41. № 4. p. 413–424.
- Исаев С.А., Леонтьев А.И., Готовский М.А., Усачов А.Е., Жукова Ю.В. Анализ повышения теплогидравлической эффективности при движении трансформаторного масла в миниканале с однорядным пакетом сферических и овальных лунок на нагретой стенке // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 6. С. 884–890.
- Isaev S.A., Leontiev A.I., Gotovskii M.A., Usachov A.E., Zhukova Yu.V. Analysis of thermohydraulic efficiency increase during transformer oil flow in a minichannel with a single-row package of spherical and oval dimples at a heated wall // High Temperature. 2013. V. 51. No. 6. P. 804–809.
- Исаев С.А., Леонтьев А.И., Корнев Н.В., Хассель Э., Чудновский Я.П. Интенсификация теплообмена при ламинарном и турбулентном течении в узком канале с однорядными овальными лунками // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 3. С. 390–402.
- Isaev S.A., Leontiev A.I., Kornev N.V., Hassel E., and Chudnovskii Ja.P. Heat transfer intensification for laminar and turbulent flows in a narrow channel with one-row oval dimples // High Temperature. 2015. V.53. № .3 P. 375–386.
- Исаев С.А. Генезис аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках на структурированных поверхностях //ИЗВ.РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 5. С. 13–24.
- Isaev S.A. Genesis of anomalous intensification of separation flow and heat transfer in inclined grooves on structured surfaces // Fluid Dynamics. 2022. V. 57. № .5. P. 558–570.
- Isaev S., Gritckevich М., Leontiev А., Popov I. Abnormal enhancement of separated turbulent air flow and heat transfer in inclined single-row oval-trench dimples at the narrow channel wall // Acta Astronautica. 2019. Vl. 163 (Part.A). P. 202–207.
- Исаев С.А., Баранов П.А., Леонтьев А.И., Попов И.А. Интенсификация ламинарного течения в узком микроканале с однорядными наклоненными овально-траншейными лунками // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 9. С. 73–80.
- Isaev S.A., Baranov P.A., Leontiev A.I., Popov I.A. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimples // Technical Physics Letters. 2018. V. 44. № 5. P. 398–400.
- Исаев С.А., Леонтьев А.И., Мильман О.О., Судаков А.Г., Усачов А.Е., Гульцова М.Е. Интенсификация теплообмена при ламинарном вихревом течении воздуха в узком канале с однорядными наклоненными овальными лунками // Инж.-физ. журн. 2018. Т. 91. № 4. С. 1022–1034.
- Isaev S.A., Leont’ev A.I., Mil’man O.O., Sudakov A.G., Usachov A.E., Gul’tsova M.E. Intensification of heat exchange in laminar vortex air flow in a narrow channel with a row of inclined oval trenches // J. Eng. Physics and Thermophys. 2018. V. 91. № 4. P. 963–974.
- Isaev S.A., Leontiev A.I., Milman O.O., Popov I.A., Sudakov A.G. Influence of the depth of single row oval-trench dimples inclined to laminar air flow on heat transfer enhancement in a narrow micro- channel // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2019. V. 134. P. 338–358.
- Исаев С.А., Леонтьев А.И., Мильман О.О., Никущенко Д.В., Попов И.А. Энергоэффективные поверхности с многорядными наклонными овально-траншейными лунками для воздушных конденсаторов // Энергетика. 2020. № 4. С. 3–10.
- Михеев Н.И., Душин Н.С. Метод измерения динамики векторных полей скорости турбулентного потока по видеосъемке дымовой визуализации // Приборы и техника эксперимента. 2016. № 6. С. 114–122.
- Mikheev N.I., Dushin N.S. A method for measuring the dynamics of velocity vector fields in a turbulent flow using smoke image-visualization video // Instruments and Experimental Techniques. 2016. V. 59. № 6. P. 882–889.
- Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. Многоблочные вычислительные технологии в пакете VP2/3 по аэротермодинамике. Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013. 316с.
- Isaev S.A., Baranov P.A., Usachov A.E. Multiblock computational technologies in the VP2/3 package on aerothermodynamics (LAP LAMBERT Academic Publishing: Saarbrucken, Germany, 2013).
- Van Doormaal J.P., Raithby G.D. Enhancement of the SIMPLE method for predicting incompressible fluid flow // Numerical Heat Transfer. 1984. V. 7. № 2. P. 147.
- Leonard B.P. A stable and accurate convective modeling procedure based on quadratic upstream interpolation // Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. 1979. V. 19. № 1. P. 59–98.
- Rhie C.M., Chow W.L. A numerical study of the turbulent flow past an isolated airfoil with trailing edge separation // AIAA J. 1983. V. 21. P. 1525.
- Pascau A., Garcia N. Consistency of SIMPLEC scheme in collocated grids // Proc. V European Conf. on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD2010. Lisbon, Portugal, 2010. 12p.
- Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems. 2nd ed., Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 2003. 567p.
- Demidov D. AMGCL: C++ library for solving large sparse linear systems with algebraic multigrid method. http://amgcl.readthedocs.org/.
- Исаев С.А., Судаков А.Г., Баранов П.А., Жукова Ю.В., Усачов А.Е. Анализ погрешностей многоблочных вычислительных технологий при расчете циркуляционного течения в квадратной каверне с подвижной крышкой для Re=1000 // Инж.-физ. журнал. 2013. Т. 86. № 5. С. 1064–1079.
- Isaev S.A., Sudakov A.G., Baranov P.A., Zhukova Yu.V., Usachov A.E. Analysis of errors of multiblock computational technologies by the example of calculating a circulation flow in a square cavity with a moving cover at Re = 1000 // J. Eng. Physics and Thermophysics. 2013. V. 86, Issue 5. P. 1134–1150.
- Isaev S.A., Kornev N.V., Leontiev A.I., Hassel E. Influence of the Reynolds number and the spherical dimple depth on the turbulent heat transfer and hydraulic loss in a narrow channel // Int. J. Heat Mass Transfer. 2010. V.53. № 1–3. P. 178.
- Herwig H., Kock F. Direct and indirect methods of calculating entropy generation rates in turbulent convective heat transfer problems // Heat Mass Transfer. 2007. V. 43. P. 207–215.
- Isaev S.A., Mil’man O.O., Klyus A.A., Nikushchenko D.V., Khmara D.S., Yunakov L.P. Anomalous heat transfer enhancement in separated flow over a zigzag-shaped dense package of inclined grooves in a channel wall at different temperature boundary conditions // Fluid Dynamics. 2024. V. 59. № 2. P. 238–259.
Дополнительные файлы
