ИСТИНА

Проведены численные и экспериментальные исследования течения в кольцевом и коническом канале переменного сечения. Течение предполагалось безотрывным, поэтому рассматривались только небольшие углы наклона стенок канала. Для чисел Рейнольдса в диапазоне 3000-10000 рассчитаны профили скорости, энергии турбулентности, напряжений Рейнольдса и определяемые ими характеристики турбулентного теплообмена. Расчеты показали сильное влияние угла раскрытия канала на турбулентные характеристики потока. Увеличение интенсивности турбулентности в случае подвода тепла к стенке приводит к увеличению характеристик теплообмена. При использовании такого канала в теплообменном аппарате можно не применяя искусственную турбулизацию потока увеличить число Нуссельта и коэффициента аналогии Рейнольдса по сравнению с каналом постоянного сечения при тех же числах Рейнольдса. Расчеты проведены с применением трёхпараметрической дифференциальной модели турбулентности [1], дополненной уравнениями для турбулентного переноса тепла, проведено численное исследование течения и теплообмена в кольцевом и коническом каналах с различной степенью расширения. В качестве теплоносителя рассматривался вода. Показано, что в расширяющихся каналах (кольцевом и коническом) при всех рассмотренных изменениях угла раскрытия и чисел Рейнольдса основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса – оказываются выше, чем в сужающихся каналах, при том же числе Рейнольдса. Это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия. С помощью численного моделирования были определены характеристики экспериментальной установки теплообменника с диффузорными каналами работающей по схеме с противотоком теплоносителей (т.е. направления потоков горячего и холодного теплоносителя в теплообменнике противоположны). Также в зависимости от положения вентелей-переключателей данная установка может работать в двух режимах, а именно диффузор в диффузоре или конфузор в конфузоре. В работе представлены измеренные характеристики теплообмена для двух этих режимов, а также сравнения их с расчетными данными. Интенсификация теплообмена в таком теплообменнике с диффузорными каналами достигается без заметного роста коэффициента трения. Это является принципиальным отличием рассмотренного способа интенсификации теплообмена от многих известных способов, где увеличение теплоотдачи достигается ценой значительного роста гидравлических потерь. Работа выполнена при поддержки гранта РНФ (проект № 20-19-00404). Схема экспериментальной установки. 1. Lushchik V. G., Pavel'ev A. A., Yakubenko A. E. “Three-parameter model of shear turbulence: heat transfer calculations,” Fluid Dyn 21, 200–211, 1986.