Comparative Analysis of Heat Transfer Efficiency in Round and Flat Continuous Diffusers
Numerical simulation of flow and heat transfer in round and flat continuous diffusers with a smooth surface was performed using a three-parameter differential RANS turbulence model supplemented by a transfer equation for turbulent heat flux. The comparative analysis of local and integral characteristics of flow and heat transfer showed that at the same opening angle in a round diffuser the Nusselt number is higher than in a flat diffuser and this excess increases with increasing opening angle. However, the Reynolds analogy factor for a round diffuser is slightly higher than for a flat diffuser due to the higher value of the friction coefficient in a round diffuser. It is shown that with increasing Reynolds number the Reynolds analogy factor, both current and averaged over the diffuser length, slightly decrease. The Nusselt number averaged over the length also decreases, while the averaged friction coefficient remains practically constant.
Численное моделирование течения и теплообмена в круглых и плоских безотрывных диффузорах с гладкой поверхностью проведено с использованием трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности, дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла. Проведенный сравнительный анализ локальных и интегральных характеристик течения и теплообмена показал, что при одинаковом угле раскрытия в круглом диффузоре число Нуссельта выше, чем в плоском диффузоре и это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия. Однако коэффициент аналогии Рейнольдса для круглого диффузора при этом ненамного выше, чем для плоского диффузора за счет большего значения коэффициента трения в круглом диффузоре. Показано, что с ростом числа Рейнольдса коэффициент аналогии Рейнольдса, как текущий, так и осредненный по длине диффузора немного уменьшаются. Уменьшается также усредненное по длине число Нуссельта, в то время как коэффициент трения остается практически постоянным.
1. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980. 144 с. 2. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 с. 3. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леонтьев А.И. и др. Интенсификация тепло- и массообмена в макро-, микро- и наномасштабах. М.: ФГУП “Цнииатоминформ”, 2008. 532 с. 4. Bergles A.E. Recent developments in enhanced heat transfer // Heat Mass Transfer. 2011. Vol. 47 N 8. Pp. 1001–1008. 5. Leontiev A.I., Kiselev N.A., Burtsev S.A., Strongin M.M., Vinogradov Yu. A. Experimental investigation of heat transfer and drag on surfaces with spherical dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2016. Vol. 79. P. 74. 6. Gukhman A. A., Kirpikov V. A., Gutarev V. V., Tsirel'man N. M. Investigation of heat transfer and hydrodynamic drag in the turbulent flow of a gas in the field of a longitudinal pressure gradient of variable sign. I. // J. Eng. Phys. 1969. Vol. 16, No. 4. Pp. 387–395. 7. Gukhman A. A., Kirpikov V. A., Gutarev V. V., Tsirel'man N. M. Investigation of the transfer of heat and of hydrodynamic resistance in the turbulent flow of a gas in the field of a longitudinal pressure gradient of variable sign. II // J. Eng. Phys. 1969. Vol. 16, No. 6. Pp. 669–672. 8. Аббасов E. С., Умурзакова М. А. Тепловая эффективность СВХН с диффузорно-конфузорными гелиоприемниками. // Гелиотехника. 2007. № 1. С. 37–43. 9. Kharlamov S. N., Alginov R. A. Hydrodynamics and heat transfer in complex pipelines at any configuration of wall. Proceedings — 2012 7th International Forum on Strategic Technology, IFOST 2012, 18–21 September 2012. Tomsk, 2012. Article No. 6357683. 10. 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. 11. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13–25. 12. Исаев С. А., Баранов П. А., Гувернюк С. В., Зубин М. А. Численное и физическое моделирование турбулентного течения в расширяющемся канале с вихревой ячейкой. // Инженерно-физический журнал. 2002. Т. 75, № 2. С. 3–8. 13. Зубарев В. М. Численное моделирование турбулентного несжимаемого течения с увеличивающимся положительным градиентом давления. // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92, № 3. С. 654–663. 14. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Интенсификация теплообмена при турбулентном течении в плоском и круглом безотрывных диффузорах // Инженерно-физический журнал. 2021. Том 94. № 2. С. 483–495. 15. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Пластинчатый теплообменник с диффузорными каналами // ТВТ. 2020. Т.58. № 3. С. 376–383. 16. Лущик В.Г., Решмин А.И., Егоров К.С. // Теплообменник «труба в трубе» с диффузорными каналами с газовыми и жидкими теплоносителями // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25(4). С. 1–21. 17. Лущик В.Г., Решмин А.И. Перспективные теплообменники с диффузорными каналами // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25(6). С. 1–22. 18. 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. 19. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4–27. 20. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
