Численное моделирование течения и теплообмена в плоском конфузоре


Просмотр статьи
PDF, 1,1 МБ

Numerical Modeling of Flow and Heat Transfer in a Flat Confuser

Numerical modeling was carried out using a three-parameter differential RANS turbulence model supplemented with a transport equation for turbulent heat flow. The influence of the angle of inclination of the confuser wall and the Reynolds number on the characteristics of flow and heat transfer in the boundary layer is considered. The calculation results are compared with known experimental data.

flow with heat exchange, flat confuser, RANS-turbulence model.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.1.1082

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Сергей Харитонович Тепловодский, Владимир Викторович Трифонов

Том 25, выпуск 1, 2024 год



Численное моделирование проведено с использованием трехпараметрической диффе-ренциальной RANS-модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Рассмотрено влияние, угла наклона стенки конфузора и числа Рейнольдса на характеристики течения и теплообмена в пограничном слое. Про-ведено сравнение результатов расчета с известными экспериментальными данными.

течение с теплообменом, плоский конфузор, RANS-модель турбулентности.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.1.1082

Валерий Григорьевич Лущик, Александр Иванович Решмин, Сергей Харитонович Тепловодский, Владимир Викторович Трифонов

Том 25, выпуск 1, 2024 год



1. Sternberg J. The transition from a turbulent to a laminar boundary layer // US Army Bal. Res. Lab. Aberdeen (USA), 1954. Rep. 906.
2. Гиневский А.С., Иоселевич В.А., Колесников А.В. и др. Методы расчета турбулентного пограничного слоя // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1978. Т. 11. С. 155-304.
3. Narasimha R., Sreenivasan K.R. Relaminarization fluid flows // Advances in Applied Mechanics. 1979. V. 19. P. 221-309.
4. Кадер Б.А., Яглом А.М. Влияние шероховатости и продольного градиента давления на турбулентные пограничные слои // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1984. Т. 18. С. 3-111.
5. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Уравнения переноса для характеристик турбулентности: модели и результаты расчетов // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1988. Т. 22. С. 3-61.
6. Moretti P.H., Kays V.M. Heat transfer in turbulent boundary layer with varying free-stream velocity and varying surface temperature—an experimental study // Int. J. Heat Mass Transfer. 1965. V. 8. pp. 1187–202.
7. Sreenivasan K.R. Laminarescent, relaminarizing and retransitional flows // Acta Mech. 1982. V. 44. pp.1–48.
8. Badry Narayanan M.A., Ramjee V. On the criteria for reverse transition in a two-dimensional boundary-layer flow // J. Fluid Mech. 1969. Vol. 35. Pt 2. P. 225-241.
9. Секундов А.Н. Применение дифференциального уравнения для турбулентной вязкости к анализу плоских неавтомодельных течений // Изв. АН СССР. МЖГ, 1971. №5. С. 114-127.
10. Volchkov E.P., Makarov M.S., Sakhnov A.Yu. Boundary layer with asymptotic favourable pressure gradient // Int. J Heat Mass Transfer. 2010. Vol. 53. P. 2837-2843.
11. Bourassa C., Thomas F.O. An experimental investigation of a highly accelerated turbulent boundary layer // Journal of Fluid Mechanics. 2009. N. 634. pp. 359-404.
12. Jones M.B., Marusic I., Perry A.E. Evolution and structure of sink-flow turbulent boundary layers // J. Fluid Mech. 2001. V.428. pp. 1–27.
13. Escudier M.P., Abdel-Hameed A., Johnson M.W., Sutcliffe C.J. Laminarization and retransition of a turbulent boundary layer subjected to favourable pressure gradient // Exp. Fluids. 1998. V. 25. pp. 491–502.
14. Бэнкстон. Переход от турбулентного течения газа к ламинарному в нагреваемой трубе // Теплопередача. 1970. Т. 92. № 4. С. 1-12.
15. Леонтьев А.И., Обливин А.Н., Романенко П.Н. Исследование сопротивления и теплообмена при турбулентном течении воздуха в осесимметричных каналах с продольным градиентом давления // ПМТФ. 1961. № 5. С. 17-25.
16. Танака, Симицу. Ламинаризация турбулентных потоков в каналах при низких числах Рейнольдса // Теплопередача. 1977. Т. 99. № 4. С. 192-193.
17. Танака и др. Влияние ламинаризации потока и его последующей турбулизации на теплообмен в случае течения при малых числах Рейнольдса в канале, состоящем из конфузорной секции и следующей за ней секции с постоянным поперечным сечением // Теплопередача. 1982. Т. 104. № 2. С. 144-153.
18. Talamelli A., Fornaciari N., Johan K., Westin A., Alfredsson P.H. Experimental investigation of streaky structures in a relaminarizing boundary layer // Journal of turbulence. 2002. N.3. 018.
19. Ichimiya M., Nakamura I., Yamashita S. Properties of a relaminarizing turbulent boundary layer under a favorable pressure gradient // Experimental Thermal and Fluid Science, 1998. V. 17. N.1-2. pp. 37-48.
20. Ichimiya M., Nakase Y., Nakamura I., Yamashita S., Fukutomi J., Yoshikawa M. Properties of a relaminarizing turbulent boundary layer under a favorable pressure gradient (Analysis of bursting structure with VITA technique) // Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, B Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B, 1998. V.62 N.594., pp. 483-490.
21. Schlichting H. Boundary-Layer Theory/ 7th edn (New York: McGraw-Hill), 1979.
22. Oriji U.R., Karimisani S., Tucker P.G. RANS modeling of accelerating boundary layers// Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 2015. V. 137. N.1. paper- № A12.64.
23. Лущик В.Г, Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13-25.
24. Решмин А.И., Трифонов В.В., Лущик В.Г., Макарова М.С. О возможности снижения трения за счет ламинаризации течения в трубе // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019 Т.20 (2)
25. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Ламинаризация потока при течении с теплообменом в плоском канале с конфузором // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 1. С. 68-77.
26. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Уравнение переноса для турбулентного потока тепла. Расчет теплообмена в трубе // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. № 6. С. 42-50.
27. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Интенсификация теплообмена в теплообменниках с диффузорными каналами // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023 Т.24(2)
28. Шакиров Р.Р, Давлетшин И.А., Михеев Н.И. Кинематическая структура течений и теплоотдачи в плоских диффузором и конфузорном каналах // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 5. С. 799-805.
29. Репик Е.У., Соседко Ю.П. Управление уровнем турбулентности потока. М.: Физматгиз, 2002. 244 с.
30. Лущик В.Г., Решмин А.И., Трифонов В.В. Влияние входных условий на течение и теплообмен в плоском диффузоре // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т.24(5). С. 1–14.
31. Петухов Б.С., Поляков А.Ф. Экспериментальное исследование теплообмена при вязкостно-гравитационном течении жидкости в горизонтальной трубе // ТВТ. 1967. Т.5. № 1. С. 87-95.
32. Поляков А.Ф., Шиндин С.А. Турбулентный перенос импульса и тепла при восходящем тече-нии воздуха в обогреваемых трубах // Турбулентный теплообмен при смешанной конвекции в вертикальных трубах. М.: ИВТАН, 1989. С. 49-94.
33. Лущик В. Г., Якубенко А. Е. Дифференциальная модель турбулентности: численное исследо-вание смешанной конвекции в вертикальных трубах // Изв. РАН. МЖГ. 1996. № 2. С. 73-86.