ИСТИНА

Исследуется интенсификация теплообмена в безотрывных диффузорах с различной степенью расширения для ряда чисел Рейнольдса и Прандтля. В отличие от наиболее распространенных методов интенсификации теплообмена, связанных с организацией искусственной турбулизации потока с помощью кольцевых или спиральных канавок, оребрения поверхности и т.п. и вызывающей увеличение мощности на прокачку теплоносителя, предлагаемый метод направлен на интенсификацию теплообмена в гладких каналах. Проведенное экспериментальное исследование [1] показало сильное влияние расширения круглого канала на режим течения. В круглом диффузоре с углом расширения 0.6 градуса зафиксировано существенное увеличение интенсивности турбулентности и напряжений Рейнольдса по сравнению с течением в трубе. Результаты расчета такого течения с использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности [2] показали хорошее согласование с экспериментом. С помощью этой модели оказалось возможным рассчитать как процессы ламинаризации потока в конфузорных каналах, что используется в устройствах формирования ламинарных струйных течений, так и турбулизации потока в диффузорных каналах, что позволило предло-жить новый метод интенсификации теплообмена. Для численного моделирования теплообмена использована трехпараметрическая модель турбулентности, дополненная уравнением переноса для турбулентного потока тепла [3]. Характеристики теплообмена при заданном тепловом потоке в стенку канала рассчитывались для круглых и плоских диффузоров с линейной образующей. Входу в диффузоры предшествовал участок стабилизации, на котором устанавливалось развитое турбулентное течение при заданном числе Рейнольдса. Далее следовал участок теплообмена на котором в круглом диффузоре число Рейнольдса уменьшалось по длине в зависимости от угла раскрытия диффузора, а в плоском диффузоре при любом угле раскрытия оно оставалось постоянным. Интенсификация теплообмена в безотрывных диффузорах с малым углом раскрытия реализуется при небольшом росте коэффициента сопротивления, значительном росте числа Нуссельта и фактора аналогии Рейнольдса, что характеризует принципиальное отличие рассмотренного способа интенсификации теплообмена от других известных способов, где увеличение теплоотдачи достигается ценой значительного роста гидравлических потерь [4]. Для течения в расширяющемся канале при рассмотренных изменениях угла раскрытия и чисел Рейнольдса и Прандтля основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и фактор аналогии Рейнольдса, характеризующий соотношение между теплоотдачей и гидравлическими потерями – оказываются значительно выше, чем в канале постоянного сечения при том же числе Рейнольдса. Это превышение слабо зависит от числа Рейнольдса, но возрастает с увеличением угла раскрытия диффузора. При одинаковом угле раскрытия в круглом диффузоре число Нуссельта существенно выше, чем в плоском диффузоре и это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия диффузоров. Однако фактор аналогии Рейнольдса для круглого диффузора при этом не столь существенно превышает соответствующую величину для плоского диффузора за счет большего значения коэффициента сопротивления в круглом диффузоре. Исследования проводились в рамках госбюджетной темы АААА-А16-116021110203-6; АААА-А19-119012990110-0 НИИ механики МГУ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Трифонов В.В. Турбулентное течение в круглом безотрывном диффузоре при числах Рейнольдса меньших 2000. Изв. РАН. МЖГ, 2011, № 2, с. 121-130. 2. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13-25. 3. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулент-ности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40. Трифонов В.В., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., 2021 4. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Решмин А.И. Интенсификация теплообмена в конических расширяющихся каналах // ТВТ, 2016, том 54, № 2, с. 287–293.