ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В КАНАВКЕ ТИПА БУМЕРАНГ НА СТЕНКЕ КАНАЛА

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

При отклонении на 45∘ входного участка продольно ориентированной канавки на нагретой стенке плоскопараллельного канала с ростом относительной длины участка ξ, начиная с 0.15, отмечается самоорганизация смерчеобразного вихря, который интенсифицируется за счет формирования экстраординарного поперечного перепада давления и возникновения полюса отрицательного давления в ядре смерча. Смерчевая генерация приводит к развитию аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена (АИОТТ) во входной наклонной части канавки. Известно, что АИОТТ в наклонных прямолинейных канавках характеризуется ослаблением вихревых структур и угнетением теплообмена в концевой части канавки. Установлено, что ориентация концевого участка канавки по потоку в канале при оптимальной относительной длине ξ приводит к проникновению интенсивного закрученного потока в концевую зону канавки типа бумеранг и интенсифицирует теплообмен в ней. Определена оптимальная длина входного участка ξ = 0.35, при которой достигается 29% рост максимальной теплоотдачи от внутренней поверхности канавки по сравнению с плоской стенкой канала. При этом теплосъем внутри канавки типа бумеранг оказывается в 1.2 раза выше, чем для прямолинейной канавки под углом наклона 45∘. Обнаружена критическая длина входного участка (ξ = 0.7), начиная с которой закрученный поток выходит из канавки, не доходя до ее конца. Она характеризуется минимумом относительных гидравлических потерь для участка, ограниченного контуром пятна канавки.

Об авторах

С. А. Исаев

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет; Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А.А. Новикова

Email: isaev3612@yandex.ru
Санкт-Петербург, Россия; Санкт-Петербург, Россия

И. А. Попов

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – Казанский авиационный институт

Казань, Россия

Д. В. Никущенко

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет

Санкт-Петербург, Россия

А. Г. Судаков

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А.А. Новикова

Санкт-Петербург, Россия

А. А. Клюс

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации им. Главного маршала авиации А.А. Новикова

Санкт-Петербург, Россия

А. А. Миронов

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – Казанский авиационный институт

Казань, Россия

Список литературы

  1. 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.259. P. 1491–1547.
  2. Chyu M.K., Yu Y., Ding H. Heat transfer enhancement in rectangular channels with concavities // Enhanced Heat Transfer. 1999. V. 6. P. 429–439.
  3. Rao Y., Li B., Feng Y. Heat transfer of turbulent flow over surfaces with spherical dimples and teardrop dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2015. V. 61. P. 201–209.
  4. Ilinkov A.V., Shchukin A.V., Takmovtsev V.V., Khabibullin I.I., Zaripov I.Sh. Increasing the strength of large-scale vertical structures in diffuser dimples. J. Russian Aeronautics. 2020. V. 63. № 2. P. 278–282. https://doi.org/10.3103/S1068799820020129
  5. Chen Y., Chew Y.T., Khoo B.C. Enhancement of heat transfer in turbulent channel flow over dimpled surface // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2012. V. 55. P. 8100–8121.
  6. Jordan C.N., Wright L.M. Heat transfer enhancement in a rectangular (AR=3:1) channel with V-shaped dimples // J. Turbomachinery. 2013. V. 135. P. 011028-1.
  7. Katkhaw N., Vorayos N., Kiatsiriroat T., Khunatorn Y., Bunturat D., Nuntaphan A. Heat transfer behavior of flat plate having 45 ellipsoidal dimpled surfaces // Case Stud. Therm. Eng. 2014. V. 2. P. 67–74.
  8. Hao Y.-P., Shao J.-K., Li Z.-Y. Thermal-hydraulic performance investigation of the cooling passage featuring the ridged V-shaped dimple // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 2024. https://doi.org/10.1080/10407782.2024.2361472
  9. Leontiev A.I., Kiselev N.A., Vinogradov Yu.A., Strongin M.M., Zditovets A.G., Burtsev S.A. Experimental investigation of heat transfer and drag on surfaces coated with dimples of different shape // Int. J. Thermal Sciences. 2017. V. 118. P. 152–167. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.04.027
  10. Cheng Y., Rao Y., Xie Y. Large eddy simulations and experiments on low-Reynolds-number laminar separation control for low-pressure turbine blades with oblong-dimpled surface // Aerospace Science and Technology. 2023. V. 142. 108606. https://doi.org/10.1016/j.ast.2023.108606
  11. Zhang P., Rao Y., Ligrani P.M. Experimental study of turbulent flow heat transfer and pressure loss over surfaces with dense micro-depth dimples under viscous sublayer // Int. J. Thermal Sciences. 2022. V. 177. № 3. 107581. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107581
  12. 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. V. 163 (Part A). P. 202–207.
  13. Isaev S.A., Gritckevich M.S., Leontiev A.I., Milman O.O., Nikushchenko D.V. NT Vortex enhancement of heat transfer and flow in the narrow channel with a dense packing of inclined one-row oval-trench dimples // Int. J. Heat Mass Transf. 2019. V. 145. P. 118737.1–13.
  14. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G., Usachov A.E. Intensification of the detached flow in a single row of inclined oval trench dimples on the wall of a narrow channel // J. Eng. Physics and Thermophysics. 2021. V. 94. №. P. 151–159.
  15. 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.
  16. Исаев С.А., Гувернюк С.В., Никущенко Д.В., Судаков А.Г., Синявин А.А., Дубко Е.Б. Взаимосвязь аномальной интенсификации отрывного течения и экстраординарных перепадов давления в канавке на пластине при изменении угла наклона от 0 до 90◦// Письма в ЖТФ. 2023. Т. 49. Вып. 15. С.39–42.
  17. Зубин М.А., Зубков А.Ф. Структура отрывного обтекания цилиндрической каверны на стенке плоского канала // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 1. С. 81–89.
  18. Исаев С.А., Судаков А.Г., Никущенко Д.В., Усачов А.Е., Зубин М.А., Синявин А.А., Чулюнин А.Ю., Дубко Е.Б. Тесты для валидационных задач аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена на структурированных поверхностях с экстраординарными перепадами давления // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023. № 5. C. 70–81. https://doi.org/10.31857/S1024708423600379, EDN: GAKZLQ
  19. Isaev S.A., Sapozhnikov S.Z., Nikushchenko D.V., Mityakov V.Yu., Seroshtanov V.V. and Dubko E.B. Anomalous intensification of vortex heat transfer in the case of separated air flow over an inclined groove in a hot isothermal region of a flat plate // Fluid Dynamics. 2024. V. 59. № 1. P. 45–59.
  20. Isaev S.A., Klyus A.A., Sudakov A.G., Nikushchenko D.V., Usachov A.E., Seroshtanov V.V., Chulyunin A.Yu. Validation test of parallelized codes in the study of flow and heat transfer anomalous enhancement in a single inclined groove on a plate // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2024. Vol. 11. № 2. P. 4–13. https://doi.org/10.14529/js_240201
  21. Исаев С.А., Судаков А.Г., Никущенко Д.В., Харченко В.Б., Юнаков Л.П. Влияние граничных условий на моделирование аномальной интенсификации турбулентного теплообмена в наклонной канавке на стенке узкого канала // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023. № 6. С. 38–47. https://doi.org/10.31857/S1024708423600367, EDN: RBCVPD
  22. 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.
  23. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Миронов А.А., Скрыпник А.Н., Аксянов Р.Х. Теплообменная поверхность. Патент РФ. RU 2768667 C1, МПК F28F 3/04 (2006.01). Заявка 2021115548, 31.05.2021 опубликована 24.03.2022. Бюл. № 9.
  24. 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.
  25. Menter F.R. Zonal two equation k–ω turbulence models for aerodynamic flows // AIAA Paper. 1993. № 93–2906. 21p.
  26. 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 // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2013. V. 86. Issue 5. P.1134–1150.
  27. Jasak H. Error analysis and estimation for the finite volume method with applications to fluid flows. Thesis submitted for the Degree of Doctor of Philosophy of the University of London and Diploma of Imperial College of Science, Technology and Medicine, 1996. 394 p.
  28. 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. 147–163.
  29. 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. 1525–1532.
  30. Pascau A., Garcia N. Consistency of SIMPLEC scheme in collocated grids // Proc. V European Conf. on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2010. Lisbon, Portugal, 2010. 12 p.
  31. 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.
  32. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme V. A second order sequel to Godunov’s method // J. Comp. Phys. 1979. V. 32. P. 101–136.
  33. Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems. 2nd ed., Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 2003. 567 p.
  34. Demidov D. AMGCL: C++ library for solving large sparse linear systems with algebraic multigrid method. http://amgcl.readthedocs.org/
  35. 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.
  36. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025