ИСТИНА

Проведены численные и экспериментальные исследования течений в кольцевом и коническом каналах переменного сечения. Течение предполагается непрерывным, поэтому учитываются только малые углы наклона стенок канала. Для чисел Рейнольдса в диапазоне 1000-10000 рассчитаны профили скорости, энергии турбулентности, напряжений Рейнольдса и определяемые ими характеристики турбулентного теплообмена. Расчеты показывают сильное влияние угла раскрытия канала на характеристики турбулентного течения. Увеличение интенсивности турбулентности при подводе тепла к стенке приводит к увеличению характеристик теплообмена. С помощью численного моделирования определены характеристики экспериментальной установки противоточного теплообменника с диффузорными каналами. В зависимости от положения вентильных переключателей теплообменник может работать в двух режимах: диффузор в диффузоре (расширяющиеся каналы) или конфузор в конфузоре (сходящиеся каналы). Расчеты проведены с использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности [1], дополненной уравнениями турбулентного теплообмена, и проведено численное исследование течения и теплообмена в кольцевом и коническом каналах с разной степенью расширения. В качестве теплоносителя рассматривалась вода. Показано, что в расширяющихся каналах (кольцевых и конических) при всех рассмотренных углах раскрытия основные характеристики теплообмена - число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса - оказываются выше, чем в сужающихся каналах, при одном и том же числе Рейнольдса. Для этих двух режимов работы теплообменника были измерены характеристики теплопередачи и сопоставлены с расчетными данными. Интенсификация теплообмена в таком теплообменнике с диффузорными каналами достигается без заметного увеличения коэффициента трения. В этом принципиальное отличие рассматриваемого способа интенсификации теплоотдачи от многих известных способов, где увеличение теплоотдачи достигается за счет значительного увеличения гидравлических потерь. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант №. 20-19-00404.