Взаимосвязь локального ускорения ламинарного потока в канале с аномальной интенсификацией теплообмена в двухрядных наклонных канавках

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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

  1. Milman O., Ananiev P. Dry сoolers and air-condensing units (Review) // Thermal Eng. 2016. V.63. P. 157–167.
  2. 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.
  3. 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
  4. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp I.Z., Myakotchin A.S. Efficient surfaces for heat exchangers: fundamental and design. Begell house. 2002. 392p.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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).
  29. 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.
  30. 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.
  31. 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.
  32. 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.
  33. Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems. 2nd ed., Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 2003. 567p.
  34. Demidov D. AMGCL: C++ library for solving large sparse linear systems with algebraic multigrid method. http://amgcl.readthedocs.org/.
  35. 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.
  36. 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.
  37. 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.
  38. 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.
  39. 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

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024