Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА
Представлены результаты экспериментального исследования структуры потока (распределений осредненных во времени скоростей и их пульсаций) в полуоткрытых плоских каналах с разрезными ребрами, характерных для элементов охлаждения ПК. Представлено результати експериментального дослідження структури пото...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61265 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, А.В. Баранюк, А.М. Терех, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 4. — С. 45-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859722386636537856 |
|---|---|
| author | Письменный, Е.Н. Эпик, Э.Я. Баранюк, А.В. Терех, А.М. Бурлей, В.Д. |
| author_facet | Письменный, Е.Н. Эпик, Э.Я. Баранюк, А.В. Терех, А.М. Бурлей, В.Д. |
| citation_txt | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, А.В. Баранюк, А.М. Терех, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 4. — С. 45-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены результаты экспериментального исследования структуры потока (распределений осредненных во времени скоростей и их пульсаций) в полуоткрытых плоских каналах с разрезными ребрами, характерных для элементов охлаждения ПК.
Представлено результати експериментального дослідження структури потоку (розподілів осереднених в часі швидкостей та їх пульсацій) у напіввідкритих плоских каналах із розрізними ребрами, які характерні для елементів охолодження ПК.
We present the results of experimental investigation of the flow structure (distributions of time- averaged in velocities and their fluctuations) in half-open flat channels with cut fins typical for the cooling elements of PC.
|
| first_indexed | 2025-12-01T10:30:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
В настоящее время особую актуальность при;
обретают работы, направленные на обеспечение
оптимальных режимов охлаждения теплонагру;
женных элементов радиоэлектронных устройств
и разработку новых видов эффективных тепло;
отводящих поверхностей. В этой связи в НТУУ
„КПИ” были выполнены исследования, в кото;
рых изучалась возможность интенсификации
теплообмена в радиаторах с прямыми пластинча;
тыми ребрами путем воздействия на структуру
межреберного потока за счет разрезки ребер на
“лепестки”.
При использовании для охлаждения эле;
ментов ПК пластинчато;ребристых поверхно;
стей процессы переноса теплоты и импульса
происходят в полуоткрытых каналах с плоски;
ми продольно обтекаемыми стенками. К по;
верхности охлаждаемого элемента примыкает
основание канала, а частичной разрезке на
“лепестки” подвергаются его боковые стенки
(ребра).
Как показано в [1], в условиях вынужденной
конвекции при продольном обтекании основа;
ния и ребер разрезка поверхности ребра на “ле;
пестки” при относительной глубине разрезки
hp/h = 0,4; 0,6;0,8 способствует интенсификации
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4 45
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Представлено результати експери0
ментального дослідження структури по0
току (розподілів осереднених в часі
швидкостей та їх пульсацій) у
напіввідкритих плоских каналах із
розрізними ребрами, які характерні для
елементів охолодження ПК. Виявлено
суттєвий вплив відносної глибини
розрізки ребра (hp/h) на структуру течії
в міжреберному каналі. Установлено
пряму кореляцію між рівнем сумарного
збурення потоку та інтенсивністю тепло0
обміну, на основі якої обґрунтовано на0
явність максимуму середнього тепло0
обміну при hp/h=0,6.
Представлены результаты экспери0
ментального исследования структуры
потока (распределений осредненных во
времени скоростей и их пульсаций) в по0
луоткрытых плоских каналах с разрезны0
ми ребрами, характерных для элементов
охлаждения ПК. Обнаружено существен0
ное влияние относительной глубины
разрезки ребра (hp/h) на структуру по0
тока в межреберном канале. Установле0
на прямая корреляция между уровнем
суммарной возмущенности потока и ин0
тенсивностью теплообмена, на основе
которой обосновано наличие максимума
среднего теплообмена при hp/h=0,6.
We present the results of experimental
investigation of the flow structure (distribu0
tions of time0 averaged in velocities and
their fluctuations) in half0open flat chan0
nels with cut fins typical for the cooling ele0
ments of PC. A substantial influence of rel0
ative cutting depth of the fin (hp/h) on the
flow structure in inter0fin channels is dis0
covered. Direct correlation between the
level of flow total disturbances and heat
transfer intensity is established, on the
basis of which the presence of a maximum
of mean heat transfer is grounded at
hp/h=0.6.
УДК 536.24
ПИСЬМЕННЫЙ Е.Н., ЭПИК Э.Я.,
БАРАНЮК А.В., ТЕРЕХ А.М., БУРЛЕЙ В.Д.
Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”
СТРУКТУРА ПОТОКА В ПОЛУОТКРЫТЫХ ПЛОСКИХ
КАНАЛАХ С РАЗРЕЗНЫМИ СТЕНКАМИ ЭЛЕМЕНТОВ
ОХЛАЖДЕНИЯ РЭА
h – высота ребра;
L – линейный размер основания;
t – шаг между ребрами;
x, z – текущие координаты по длине и высоте ребра;
w – средняя во времени скорость воздушного по;
тока;
w′ – среднеквадратичная пульсация скорости потока;
δ – толщина ребра.
Индексы:
к – критический;
н – набегающий;
р – разрезка.
теплообмена в 1,16…1,25 раза по сравнению с
традиционной базовой пластинчато;ребристой
поверхностью (без разрезки). Максимальная ин;
тенсивность теплообмена имеет место при глуби;
не разрезки hp/h = 0,6, при этом аэродинамичес;
кое сопротивление увеличивается всего на
10…35%.
Интенсификация теплообмена в [1] объясня;
ется тем, что разрезка ребра приводит к срыву
потока с кромок каждого “лепестка”, турбулизи;
рует поток и не дает возможности нарастать по;
граничному слою по всей длине ребра. Таким об;
разом, интенсификация теплообмена связана
фактически с двумя факторами: дополнительной
турбулизацией за счет срыва потока с кромок
“лепестка” и нарушением процесса развития по;
граничного слоя по длине ребра.
Можно предположить, что появление макси;
мума теплоотдачи связано с перестройкой тече;
ния в межреберных каналах при увеличении от;
носительной глубины разрезки hp/h > 0,6.
Вполне очевидно, что структура течения, а сле;
довательно, и интенсивность процессов пере;
носа в межреберных каналах будут в значитель;
ной степени зависеть не только от глубины
разрезки, но и от других геометрических пара;
метров разрезки (ширины, шага, формы “лепе;
стков” и т.п.).
Для целенаправленного управления интенси;
фикацией теплообмена пластинчато;ребристых
поверхностей и рационального выбора геомет;
рических параметров разрезки необходимо рас;
полагать экспериментальными данными об осо;
бенностях структуры потока в полуоткрытых
межреберных каналах с разрезкой. В настоящее
время банк таких данных отсутствует, а имеюща;
яся информация носит ограниченный и разроз;
ненный характер. Поэтому в НТУУ “КПИ” были
начаты экспериментальные исследования струк;
туры потока в полуоткрытых межреберных кана;
лах с разрезкой. Ниже излагаются результаты од;
ного из этапов исследований, посвященного
измерению турбулентных характеристик потока
(осредненных во времени скоростей и средне;
квадратичных пульсаций скорости). Геометриче;
ские параметры модели выбраны в полном соот;
ветствии с параметрами модели, подвергнутой в
[1] тепловым испытаниям.
Краткое описание установки и методики
измерений
Эксперименты проводились в аэродинамичес;
кой трубе открытого типа НТУУ “КПИ” [2] с ра;
бочим участком прямоугольного поперечного
сечения 71х85 мм2 длиною 960 мм. На входе в ра;
бочий участок устанавливался конфузор со сте;
пенью поджатия 4,9, спроектированный по лем;
нискате. Установка конфузора обеспечивала
равномерное распределение скорости набегаю;
щего потока wн по всему сечению рабочего участ;
ка перед устанавливаемыми в нем моделями.
Модели теплообменных поверхностей состоя;
ли из 4;х ребер толщиной δ = 2 мм, высотой
h = 70 мм и длиной L = 140 мм, расположенных с
шагом t = 14 мм на плоском основании толщи;
ною δо = 5 мм. Основание модели устанавлива;
лось вертикально в выемке стенки рабочего уча;
стка и выступало на 2 мм над поверхностью
стенки. Ребра модели располагались горизон;
тально, так что зазор между торцами ребер и стен;
кой рабочего участка составлял 10 мм. Модели от;
личались друг от друга только относительной
глубиной разрезки ребер (hp/h = 0; 0,4; 0,6; 0,8).
Конструкция модели представлена на рисунке 1.
Для измерения турбулентных характеристик
потока (осредненных во времени скоростей w и
среднеквадратичних пульсаций скорости w′) ис;
пользовалась прецизионная термоанемометри;
ческая система ДИСА 55М с однониточным дат;
чиком типа 55Р11 ДИСА, вольфрамовая нить
которого имеет диаметр 5 мкм при длине 1,2 мм.
Датчик устанавливался в стандартную державку
типа Н21 ДИСА. Методика измерений, разрабо;
танная в ИТТФ НАН Украины, подробно описа;
на в [3].
Как видно из рис. 1, для уменьшения аэроди;
намического воздействия на течение в полуот;
крытом межреберном канале державка датчика
обтекалась продольно. При этом нить датчика
располагалась перпендикулярно набегающему
потоку и параллельно разрезке ребра (т.е. пер;
пендикулярно потоку, перетекающему из одного
межреберного канала в другой в месте разрезки).
Таким образом, нить реагировала на суммарную
возмущенность, создаваемую при течении в ка;
нале и в месте разрезки.
46 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Основные измерения структуры потока про;
водились в межреберном полуоткрытом канале
в центральной плоскости при z/(t–δ) = 0,5, по;
скольку размеры державки с наружным диамет;
ром 4 мм не позволяли приблизиться к стенкам
ближе, чем на 2 мм. По этой же причине (из;за
невозможности установки державки в межре;
берном канале натурных теплообменных по;
верхностей) при проведении измерений скоро;
стей и их пульсаций использовались модели в
масштабе 2:1.
Результаты измерений представлены в виде
следующих распределений:
; относительных скоростей по высоте канала
в фиксированных сечениях
x/L = const;
; относительных осредненных (по высоте реб;
ра) скоростей по длине ребра ;
; пульсаций скорости по высоте ребра
в фиксированных сечениях x/L = const;
; осредненных (по высоте ребра) пульсаций
скорости по длине ребра = f(x/L).
Осреднение по высоте ребра проводилось сле;
дующим образом:
; (1)
, (2)
где w и w’ – соответственно осредненная во вре;
мени скорость и среднеквадратичная пульсация
скорости, n – количество измерений по высоте
ребра.
На основании распределений
была оценена суммарная возмущенность потока,
характерная для данного типа оребрения, кото;
рую можно рассматривать как некий аналог сте;
пени турбулентности:
, (3)
где m – количество измерений по длине ребра.
Распределение осредненных
скоростей потока
Как указывалось выше, измерение турбулент;
ных характеристик проводилось в центральной
плоскости межреберного канала в разных сече;
ниях по высоте и длине ребра при двух режимах
по скорости набегающего потока: 1;й режим –
wн ~ 10 м/с, 2;й режим – wн ~ 5 м/с. Ниже прове;
ден детальный анализ результатов эксперимен;
тов для 1;ого режима при wн ~ 10 м/с.
Распределение относительной осредненной во
времени скорости по высоте межреберного кана;
ла представлено на рисунках 2 и 3.
Для канала с неразрезными ребрами (hp/h = 0)
анализ данных рис. 2 свидетельствует о том, что
'
Tu
w w
m
= ∑
( / ) w w f x L′ =
w w
w w
n
′
′ =
Σ
н
н
w w
w w
n
=
Σ
w w′
( )w w f z h′ =
( )н
w w f x L=
( )н
w w f z h=
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4 47
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 1. Схема установки модели и датчика
термоанемометра: 1 – основание модели;
2 – разрезное ребро; 3 – державка с датчиком
термоанемометра.
Рис. 2. Распределение относительной скорости по
высоте ребра на входе в межреберный канал
(x/L=0,007) при различной глубине разрезки ребер:
1 – hp/h=0; 2 – 0,4; 3 – 0,6; 4 – 0,8.
вблизи входа в канал при x/L=0,007 профиль
скорости является неравномерным: у основания
ребра при z/h=0,14 скорость потока на ~23% вы;
ше, чем у открытого торца при z/h=0,83. Это свя;
зано с наличием уступа на входе в канал, образо;
ванного выступающим над стенкой основанием,
а также вихреобразованием в углах канала. Оба
фактора приводят к уменьшению проходного се;
чения вблизи основания и соответственно уско;
ренности потока.
По мере продвижения потока вдоль основания
ребер к выходу из межреберного канала происхо;
дит постепенное выравнивание профиля скоро;
сти, так что в сечениях x/L > 0,3 неравномер;
ность профиля не превышает ±4…5% (рис. 3).
Формирование профиля скорости в каналах,
образуемых ребрами, разрезанными не по всей
высоте, происходит в условиях роста погранич;
ного слоя по всей длине неразрезной части ребра.
Наличие разрезки вызывает деформацию погра;
ничного слоя в месте разрезки с последующим
восстановлением процесса его формирования на
поверхности ребра за разрезкой. Можно предпо;
ложить, что поток “проскакивает” над разрезкой
без увеличения толщины пограничного слоя, а
затем пограничный слой снова начинает разви;
ваться по длине “лепестка” до места следующей
разрезки. Поэтому в целом по длине всего раз;
резного ребра имеет место утоньшение погра;
ничного слоя по сравнению со случаем течения
вдоль ребер без разрезки..
Действительно, как видно из рис. 2, вблизи
входа (x/L = 0,007) при hp/h = 0,4; 0,6; 0,8 отно;
шение w/wн по высоте разрезного ребра изменя;
ется в пределах: 1,4…1,25; 1,32…1,18; 1,22…1,15
соответственно, т.е. осредненная во времени
скорость падает с увеличением глубины разрез;
ки, что является косвенным подтверждением на;
рушения плавности роста пограничного слоя
(фактически, его утоньшения).
По мере удаления от входной кромки ребер
(рис. 3) распределения скоростей по высоте реб;
ра постепенно выравниваются и вблизи выхода
из канала при x/L = 0,75 становятся практически
равномерными, как и в случае неразрезного реб;
ра. При этом в выходном сечении в зависимости
от глубины разрезки ребра сохраняется описан;
ный выше характер изменения осредненной во
времени относительной скорости: значения w/wн
уменьшаются с увели;чением глубины разрезки
(w/wн ~1,46; 1,3; 1,2 ~const при hp/h = 0,4; 0,6; 0,8
соответственно).
Во всех исследованных случаях при фиксиро;
ванной высоте ребра и x/L > 0,3 имеет место
увеличение осредненной по высоте ребра отно;
сительной скорости вдоль оси канала, свиде;
тельствующее о тенденции к смыканию погра;
ничных слоев, развивающихся на поверхностях
ребер (рис. 4). Вполне очевидно, что из;за за;
держки роста пограничного слоя, вызванной раз;
резкой ребра, с увеличением глубины разрезки
темп увеличения скорости будет уменьшаться.
На основе данных, приведенных на рис. 4,
оценены градиенты осредненной по высоте реб;
ра скорости по длине ребра при x/L > 0,3. Для
обоих исследуемых режимов течения при
hp/h = 0; 0,4; 0,6; 0,8 градиенты скорости состав;
ляют: ; 11,1; 9,5; 6,4 с–1 соответст;
венно, т.е. убывают с увеличением глубины раз;
резки.
Распределение пульсаций
скорости потока
Анализ представленных на рисунках 5 и 6 экс;
периментальных данных для 1;ого режима при
wн ≈ 10 м/с свидетельствует о том, что в различ;
ных сечениях по длине ребра в центральной пло;
скости межреберного канала имеет место форми;
рование профиля пульсаций скорости с четко
обозначенными экстремумами в зависимости от
глубины разрезки. Так, в трех случаях при
12,7dw dx =
48 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 3. Распределение относительной скорости по
высоте ребра на выходе из межреберного канала
(x/L=0,75) при различной глубине разрезки ребер:
1 – hp/h=0; 2 – 0,4; 3 – 0,6; 4 – 0,8.
hp/h = 0; 0,4; 0,6 возникают как максимумы, так и
минимумы пульсаций, тогда как при hp/h = 0,8
наблюдается только максимум пульсаций.
Местоположение максимумов в указанных трех
случаях зависит от глубины разрезки и соответст;
вует: zmax/h = 0,63; 0,6…0,65; 0,7 при hp/h = 0; 0,4;
0,6. С увеличением глубины разрезки от 0 до
hp/h = 0,6 максимумы пульсаций смещаются к
верхнему торцу ребра, тогда как местоположение
минимумов пульсаций сохраняется постоянным
(zmin/h = 0,25).
Для hp/h = 0…0,6 на всей длине ребра при
hp/h < 0,3 по мере приближения к основанию на;
блюдается рост пульсаций скорости, что, по на;
шему мнению, вызвано влиянием, вихревых
структур, развивающихся в углах между основа;
нием и ребрами. Значения интенсивности пуль;
саций при hp/h = 0,014, т.е. вблизи основания,
составляют в указанном диапазоне глубин раз;
резки
При hp/h = 0,8 максимум пульсаций смеща;
ется ближе к основанию и располагается при
zmax/h ~ 0,4, тогда как минимум пульсаций при
zmin/h = 0,3 отсутствует (рис. 5 и 6). Это связано,
по нашему мнению, с ослаблением вихревых
структур вблизи основания в виду их частич;
ного разрушения из;за перетоков между
смежными каналами через разрезку. Об этом
свидетельствует уменьшение (по сравнению с
остальными исследованными случаями) значе;
ний интенсивности пульсаций до при
z/h = 0,014. Таким образом, при hp/h = 0,8 пуль;
сационная структура течения существенно из;
меняется.
Характерной особенностью описанных рас;
пределений является рост интенсивности пуль;
саций во всех сечениях по длине ребра с увеличе;
нием относительной глубины разрезки до
hp/h = 0,6 и последующее ослабление при
hp/h = 0,8. Так, при x/L = 0,3…0,75 максимумы
интенсивности пульсаций для hp/h = 0; 0,4; 0,6
составляют ; 5…6%; 7…9% соот;
ветственно, а для hp/h = 0,8 – w′max/w = 5…6% .
Изменение по длине межреберного канала ин;
тенсивности осредненных по высоте ребра пуль;
саций скорости представлено на
рис. 7.
Анализ данных рис. 7 свидетельствует о том,
что во всех исследованных случаях при x/L ≤ 0,2
( / ) w w f x L′ =
max
4...4,5%w w′ =
' ~2%w w
min
~3...3,5%.w w′
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4 49
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 4. Изменение осредненной по высоте ребра
относительной скорости по длине ребра
при различной глубине разрезки
ребер: 1 – hp/h=0; 2 – 0,4; 3 – 0,6; 4 – 0,8.
( / )
н
w w f x L=
Рис. 5. Распределение интенсивности пульсаций
скорости по высоте ребра на входе в
межреберный канал (x/L = 0,007) при различной
глубине разрезки ребер: 1 – hp/h=0; 2 – 0,4;
3 – 0,6; 4 – 0,8.
Рис. 6. Распределение интенсивности пульсаций
скорости по высоте ребра на выходе из
межреберного канала (x/L=0,75) при различной
глубине разрезки ребер: 1 – hp/h=0; 2 – 0,4;
3 – 0,6; 4 – 0,8.
интенсивность осредненных по высоте пульса;
ций скорости изменяется в пределах 3,8…4,2%,
т.е. является практически постоянной. При
x/L > 0,2 имеет место тенденция роста интенсив;
ности осредненных пульсаций с максимальным
темпом при hp/h = 0,6. Так, при x/L=0,75 для ре;
бер с относительной глубиной разрезки hp/h = 0;
0,4 и 0,8 интенсивность пульсаций составляет
; 5,5% и 5,3% соответственно, тогда как
при hp/h = 0,6 интенсивность пульсаций достигает
.
Для суммарной оценки турбулизирующего
эффекта, вызванного генерацией пульсаций ско;
рости в межреберном полуоткрытом канале, как
указывалось выше, был выбран аналог степени
турбулентности Tu. Этот аналог фактически от;
ражает интегральную возмущенность потока при
различной глубине разрезки, поскольку получен
на основе процедуры осреднения среднеквадра;
тичных пульсаций скорости по высоте и длине
межреберного канала в центральной плоскости.
Изменение суммарной возмущенности в зави;
симости от глубины разрезки ребер
представлено на рис. 8.
Анализ данных рис. 8 свидетельствует о том,
что зависимость носит немонотон;
ный характер с явно выраженным максимумом
при hp/h = 0,6. При указанном значении глубины
разрезки имеет место также максимальная ин;
тенсивность среднего теплообмена [1]. Таким об;
разом, наблюдается прямая корреляция между
уровнем возмущенности потока, вызванной раз;
резкой ребер, и интенсивностью среднего тепло;
обмена оребренной поверхности.
Некоторые общие сведения об
особенностях структуры течения
Результаты настоящего исследования под;
твердили выводы [1] о том, что разрезка ребра
приводит к ряду аэродинамических эффектов,
способствующих интенсификации теплообмена
за счет дополнительной турбулизации потока.
Рассматривая дополнительную турбулизацию
потока как один из основных влияющих на ин;
тенсификацию теплообмена факторов, следует
напомнить, что при турбулентном стабилизиро;
ванном течении в каналах степень турбулентно;
сти в ядре потока составляет 3…4%, существенно
возрастая вблизи стенок [3]. Отметим также, что
процессы переноса в полуоткрытом межребер;
ном канале происходят в начальном участке в ус;
ловиях несомкнувшихся пограничных слоев, т.е.
до достижения динамической и тепловой стаби;
лизации.
К дополнительными источникам турбулиза;
ции потока в полуоткрытых каналах с разрезны;
ми стенками можно отнести:
локальные отрывы потока на входных
кромках ребер и основания;
возникновение ламинарно;турбулентного
перехода на основании и неразрезной части по;
верхности ребер;
срыв потока с выходных кромок “лепест;
ка”;
( )Tu
p
f h h=
( )Tu
p
f h h=
7,3%w w′ =
4,2%w w′ =
50 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 7. Изменение интенсивности осредненных по
высоте ребра пульсаций скорости по длине
межреберного канала при
различной глубине разрезки ребер: 1 – hp/h = 0;
2 – 0,4; 3 – 0,6; 4 – 0,8.
( / )w w f x L′ =
Рис.8. Изменение турбулентности в зависимости
от относительной глубины разрезки ребер
.( )Tu
p
f h h=
деформация пограничного слоя в месте
разрезки ребер;
вихреобразования в углах между основа;
нием и ребрами.
Согласно имеющимся физическим представле;
ниям о развитии пограничного слоя по длине обте;
каемой поверхности [4], в условиях настоящих
экспериментов непосредственно за входными
кромками ребер и основания следует ожидать обра;
зования зон с локальными замкнутыми отрывны;
ми структурами, протяженность которых зависит
от степени турбулентности набегающего потока.
За зонами отрыва развивается псевдолами;
нарный пограничный слой с последующим
переходом в турбулентный при достижении
критического числа Рейнольдса Reкр = wхкр/ν.
Предварительная оценка показывает, что при
wH ~ 10 м/с турбулентный пограничный слой об;
разуется при хкр/L > 0,7, тогда как при wH ~ 5 м/с
практически вся неразрезная, примыкающая к
основанию часть ребра занята псевдоламинар;
ным и переходным режимами течения.
На разрезной части ребер срыв потока с вы;
ходной кромки “лепестка” способствует допол;
нительной турбулизации потока, однако при
этом препятствует возникновению отрыва на
входной кромке последующего “лепестка”. На
поверхности “лепестка”, поскольку t < xкр, обра;
зуется только псевдоламинарный пограничный
слой, рост которого нарушается наличием раз;
резки.
Разрезка ребер замедляет процесс роста псевдо;
ламинарного пограничного слоя по длине “лепе;
стка”. Можно предполагать, что внешняя граница
пограничного слоя подвергается систематичес;
ким воздействиям в местах разрезки из;за умень;
шения толщины слоя. Деформация погранично;
го слоя усиливает суммарную возмущенность
потока, вызываемую разрезкой.
Ощутимое влияние на турбулизацию потока
оказывают вихреобразования в углах канала
между ребрами и основанием. Вихревые структу;
ры являются довольно устойчивыми при глубине
разрезки hp/h < 0,8. Однако с ростом глубины
разрезки имеет место уменьшение интенсивнос;
ти пульсаций вблизи основания, что свидетель;
ствует об ослаблении вихревых структур из;за
перетоков через разрезку. Именно этим обстоя;
тельством объяснено снижение интенсификации
теплообмена при hp/h = 0,8.
При несомкнувшихся пограничных слоях в
центральном сечении, где проводились измере;
ния, суммарная возмущенность Tu учитывает
взаимодействие перечисленных факторов и поз;
воляет в первом приближении прогнозировать
интенсификацию теплообмена в полуоткрытых
каналах с разрезными стенками.
Выводы
Проведено экспериментальное исследование
структуры потока (осредненных во времени ско;
ростей и среднеквадратичных пульсаций) в полу;
открытом плоском канале с разрезными ребрами.
Показано, что:
Наличие разрезки ребер на “лепестки”
приводит к дополнительной турбулизации пото;
ка за счет возникновения аэродинамических эф;
фектов различной природы (в том числе, отры;
вов и срывов потока, ламинарно;турбулентного
перехода, вихреобразования в углах основания,
нарушения процесса роста пограничного слоя);
с увеличением глубины разрезки до
hp/h = 0,6 интенсифицируется перенос количест;
ва движения, сопровождаемый ростом интенсив;
ности пульсаций скорости в центральной плос;
кости межреберного канала;
При hp/h = 0,8 процесс замедляется из;за
перестройки течения, вызванной ослаблением
вихревых структур вблизи основания канала.
Полученные данные в первом приближении
объясняют наличие при hp/h = 0,6 максимума ин;
тенсивности теплообмена, связанного с дополни;
тельной турбулизацией потока в полуоткрытом
канале, образованном разрезными ребрами. Они
свидетельствуют о необходимости проведения
дальнейших экспериментальных исследований по
изучению структуры сложных течений для уста;
новления взаимосвязи характеристик турбулизи;
рованных потоков с процессами переноса и целе;
направленного воздействия на их интенсивность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Письменный Е.Н., Бурлей В.Д., Терех А.М.,
Баранюк А.В., Цвященко Е.В. Теплообмен плос;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4 51
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
ких пластинчатых поверхностей с разрезным
оребрением при вынужденной конвекции
//Промышленная теплотехника. – 2005. – Т.27 ,
№4.– С.11;16.
2. Письменный Е.Н., Рогачев В.А., Терех А.М.,
Бурлей В.Д., Разумовский В.Г. Теплообмен плос;
ких поверхностей с сетчато;проволочным ореб;
рением при вынужденной конвекции // Промы;
шленная теплотехника. – 2002. – Т.24, №4. –
С.71;78.
3. Дыбан Е.П., Эпик Э.Я. Теплообмен и гид;
родинамика турбулизированых потоков. – К.:
Наукова думка, 1985. – 293 с.
4. Эпик Э.Я. Проблемы прогнозирования и
расчета верхнего теплового ламинарно;турбулент;
ного перехода (проблемный доклад)// Труды У
Минского международного форума по тепло;и мас;
сообмену, 24;28 мая 2004, – Минск. – 2004. – 10 с.
Получено 26.02.2007 г.
52 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 4
ТЕПЛО0 И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Розглянуто задачі моделювання теп0
лових і гідродинамічних процесів у сис0
темі водяного охолодження ярусу БНК
нового покоління, побудованої на основі
теплових труб. Порівняння результатів
кінечноелементного моделювання з ек0
спериментом підтвердило адекватність
розроблених математичної і комп’ютер0
ної моделей та можливість їх застосу0
вання для виконання інженерних розра0
хунків при розробці і проектуванні
перспективних систем охолодження
БНК засобів обчислювальної техніки і
керування на новій елементній базі з
тепловою потужністю, що розсіюється,
до 30 кВт в одній стойці.
Рассмотрены задачи моделирова0
ния тепловых и гидродинамических
процессов в системе водяного охлаж0
дения яруса БНК нового поколения, по0
строенной на основе тепловых труб.
Сравнение результатов конечноэле0
ментного моделирования с экспери0
ментом подтвердило адекватность
разработанных математической и ком0
пьютерной моделей и возможность их
применения для выполнения инженер0
ных расчетов при разработке и проекти0
ровании перспективных систем охлаж0
дения БНК средств вычислительной
техники и управления на новой элемент0
ной базе с рассеиваемой тепловой
мощностью до 30 кВт в одной стойке.
The problems of simulation of thermal
and hydrodynamic processes in the water
cooling system of the stage of the new
generation basic bearing structure con0
structed on the base of heat pipes are con0
sidered. The comparison of the results of a
finite element simulation with an experi0
ment confirmed the adequacy of the devel0
oped mathematical and computer models
and possibility of their application for car0
rying out engineering calculations in the
development and design of advanced
cooling systems of basic bearing struc0
tures of the computer and control hard0
ware based on new components with ther0
mal power dissipation up to 30 kW in one
rack.
УДК 519.6
ВЕРЛАНЬ А.Ф.1, ГОРОШКО И.О.1, НИКОЛАЕНКО Ю.Е.2
1Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины
2Министерство промышленной политики Украины
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В ПЕРСПЕКТИВНЫХ БАЗОВЫХ НЕСУЩИХ
КОНСТРУКЦИЯХ С ТЕПЛОВЫМИ ТРУБАМИ
c – удельная теплоемкость жидкости;
– компоненты вектора гравитацион;
ного ускорения;
Р – тепловой поток;
p – давление жидкости;
T – температура;
t – время;
– компоненты вектора скорости тече;
ния жидкости;
– пространственные координаты;
ΔT – разность температур;
δ – рассогласование расчетных и эксперимен;
тальных значений;
λ – коэффициент теплопроводности жидкости;
, , 1,3
i j
x x i j =
, 1,3
i
v i =
, 1,3
i
g i =
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61265 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T10:30:17Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, Е.Н. Эпик, Э.Я. Баранюк, А.В. Терех, А.М. Бурлей, В.Д. 2014-04-29T16:29:27Z 2014-04-29T16:29:27Z 2007 Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА / Е.Н. Письменный, Э.Я. Эпик, А.В. Баранюк, А.М. Терех, В.Д. Бурлей // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 4. — С. 45-52. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61265 536.24 Представлены результаты экспериментального исследования структуры потока (распределений осредненных во времени скоростей и их пульсаций) в полуоткрытых плоских каналах с разрезными ребрами, характерных для элементов охлаждения ПК. Представлено результати експериментального дослідження структури потоку (розподілів осереднених в часі швидкостей та їх пульсацій) у напіввідкритих плоских каналах із розрізними ребрами, які характерні для елементів охолодження ПК. We present the results of experimental investigation of the flow structure (distributions of time- averaged in velocities and their fluctuations) in half-open flat channels with cut fins typical for the cooling elements of PC. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА Flow structure in hole-open flat channels with cut wall of the cooling elements of electronics Article published earlier |
| spellingShingle | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА Письменный, Е.Н. Эпик, Э.Я. Баранюк, А.В. Терех, А.М. Бурлей, В.Д. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА |
| title_alt | Flow structure in hole-open flat channels with cut wall of the cooling elements of electronics |
| title_full | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА |
| title_fullStr | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА |
| title_full_unstemmed | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА |
| title_short | Структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения РЭА |
| title_sort | структура потока в полуоткрытых плоских каналах с разрезными стенками элементов охлаждения рэа |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61265 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyien strukturapotokavpoluotkrytyhploskihkanalahsrazreznymistenkamiélementovohlaždeniâréa AT épikéâ strukturapotokavpoluotkrytyhploskihkanalahsrazreznymistenkamiélementovohlaždeniâréa AT baranûkav strukturapotokavpoluotkrytyhploskihkanalahsrazreznymistenkamiélementovohlaždeniâréa AT tereham strukturapotokavpoluotkrytyhploskihkanalahsrazreznymistenkamiélementovohlaždeniâréa AT burleivd strukturapotokavpoluotkrytyhploskihkanalahsrazreznymistenkamiélementovohlaždeniâréa AT pisʹmennyien flowstructureinholeopenflatchannelswithcutwallofthecoolingelementsofelectronics AT épikéâ flowstructureinholeopenflatchannelswithcutwallofthecoolingelementsofelectronics AT baranûkav flowstructureinholeopenflatchannelswithcutwallofthecoolingelementsofelectronics AT tereham flowstructureinholeopenflatchannelswithcutwallofthecoolingelementsofelectronics AT burleivd flowstructureinholeopenflatchannelswithcutwallofthecoolingelementsofelectronics |