Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков
Представлены резульаты численного исследования нестационарной ламинарной смешанной конвекции в плоском вертикальном канале для попутных направлений потоков. Результаты численного моделирования теплоотдачи сравнены с экспериментальными данными, полученными в Литовском энергетическом институте, и пока...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61366 |
| 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: | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков / П. Пошкас, Р. Зуюс, Ю. Янкаускас // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 36-39. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859684908903956480 |
|---|---|
| author | Пошкас, П. Зуюс, Р. Янкаускас, Ю. |
| author_facet | Пошкас, П. Зуюс, Р. Янкаускас, Ю. |
| citation_txt | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков / П. Пошкас, Р. Зуюс, Ю. Янкаускас // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 36-39. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены резульаты численного исследования нестационарной ламинарной смешанной конвекции в плоском вертикальном канале для попутных направлений потоков. Результаты численного моделирования теплоотдачи сравнены с экспериментальными данными, полученными в Литовском энергетическом институте, и показывают хорошее совпадение в начале канала, т.е. в зоне устойчивого ламинарного течения.
Подано результати числового дослідження нестаціонарної ламінарної змішаної конвекції у плоскому вертикальному каналі для супутних напрямів потоків. Результати числового моделювання тепловіддачі порівняно з даними, отриманими у Литовському енергетичному інституті, і дають задовільну збіжність на початку канала, тобто у зоні стійкої ламінарної течії.
The results on the numerical modeling of the unsteady laminar mixed convection in the vertical flat channel for aiding flows are presented in this paper. The results of heat transfer modeling are compared to the experimental data obtained at the Lithuanian energy institute and show good agreement in the region of the stable laminar flow.
|
| first_indexed | 2025-11-30T21:39:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
5. C. Shu, Differential quadrature and its appli;
cation in engineering, Springer;Verlag 2000.
6. R.E. Belman, B.G. Kashef, J. Casti,
Differential quadrature: a technique for the rapid
solution of nonlinear partial differential equa;
tions, Journal of Computational Physics, 1972,
10, 40–52.
7. R.E. Bellman, Methods of non;linear analysis,
Newyork Academic Press, 1973, chap. 26.
8. de Vahl Davis, G., Natural convection in a
square cavity. International Journal of Numerical
Methods Fluids, 1983, 3, 249–264.
9. R. Anderson and A. Bejan, Heat transfer through
single and double vertical walls in natural convection:
theory and experiment, International Journal of Heat
and Mass Transfer, 1981, 24, 1611–1620.
Получено 03.10.2005 г.
36 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Подано результати числового
дослідження нестаціонарної ламінарної
змішаної конвекції у плоскому верти)
кальному каналі для супутних напрямів
потоків. Результати числового моделю)
вання тепловіддачі порівняно з даними,
отриманими у Литовському енергетич)
ному інституті, і дають задовільну
збіжність на початку канала, тобто у зоні
стійкої ламінарної течії.
Представлены резульаты численного
исследования нестационарной лами)
нарной смешанной конвекции в плоском
вертикальном канале для попутных на)
правлений потоков. Результаты числен)
ного моделирования теплоотдачи срав)
нены с экспериментальными данными,
полученными в Литовском энергетичес)
ком институте, и показывают хорошее
совпадение в начале канала, т.е. в зоне
устойчивого ламинарного течения.
The results on the numerical modeling
of the unsteady laminar mixed convection
in the vertical flat channel for aiding flows
are presented in this paper. The results of
heat transfer modeling are compared to
the experimental data obtained at the
Lithuanian energy institute and show good
agreement in the region of the stable lami)
nar flow.
УДК 536.24
ПОШКАС П., ЗУЮС Р., ЯНКАУСКАС Ю.
Литовский энергетический институт
НЕСТАЦИОНАРНАЯ ЛАМИНАРНАЯ СМЕШАННАЯ
КОНВЕКЦИЯ В ВЕРТИКАЛЬНОМ ПЛОСКОМ КАНАЛЕ
ПРИ ПОПУТНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ПОТОКОВ
b – ширина канала;
Bo – параметр термогравитации, Bo = Grq/Re;
de – гидравлический диаметр, de = hb/(h + b);
Grq – число Грасгофа по тепловому потоку;
Grq = g · β · de
4 · qw/ν2 · λ;
g – ускорение свободного падения;
h – высота плоского канала;
Nu – число Нуссельта, Nu = αde/λ;
p – давление;
q – плотность теплового потока;
Re – число Рейнольдса, Re = ubde/ν;
t –время;
Tb – среднемассовая температура;
u – среднемассовая скорость;
x – расстояние от начала обогрева;
x, y – декартовы координаты;
α – коэффициент теплоотдачи, α = qw/(Tw – Tb);
β – коэффициент объемного расширения;
λ – коэффициент теплопроводности;
ν – кинематический коэффициент вязкости;
μ – динамический коэффициент вязкости.
Индексы
b – среднемассовые;
cr – критический;
in – на входе;
w – на стенке;
x, y – по координатам.
Исследований теплоотдачи при смешанной
конвекции в области ламинарно;переходного тече;
ния очень мало [1–3]. В [1] с целью визуализации
потока в попутных потоках в центральную часть
трубы впрыскивалась краска. Установлено, что при
потере устойчивости потока нитка краски приоб;
ретает форму синусоиды, и появляются пульсации
температуры стенки. В [2, 3] указывается, что нали;
чие в профилях скорости точек перегиба и особен;
но возможность возникновения возвратного тече;
ния стимулируют нарушение устойчивости
ламинарного течения и переход к турбулентному
течению при значении Re = Recr < 2300.
В настоящей работе приведены результаты ис;
следования нестационарной ламинарной сме;
шанной конвекции в плоском вертикальном ка;
нале для попутных направлений потоков воздуха
при симметричном нагреве (qw1 = qw2 = const),
числе Грасгофа около 3,9 · 108. При моделирова;
нии принято, что входная скорость возрастает по
времени экспоненциально в соответствии с зави;
симостью (1) и при условии t ≥ 4с уже достигает
99% от максимального значения скорости 0,32 м/с
в центре канала:
. (1)
При t > 4с входная скорость меняется очень
незначительно и соответствует числу Рейнольдса
примерно Rein = 2016.
Численные двухмерные исследования прове;
дены с использованием компьютерной програм;
мы FLUENT 6.1. Расчеты проводились в потоке
воздуха при давлении 0,2МПа. При численном
моделировании использованы нестационарные
уравнения Навье;Стокса и энергии.
При анализе структуры потока в момент вре;
мени t = 2,066с (рис. 1 a) видно, что в канале фор;
мируются замкнутые изолинии функции потока,
которые локализируются в середине канала (по
координате у), а по длине канала занимают об;
ласть 6,5<x/de<15. Профили скорости (рис. 2 в)
показывают, что в момент времени t = 2,066с,
скорость в середине канала близка к нулю (при
x/de = 6,5), но уже при (x/de = 8,8) (рис. 2 б) в цен;
тре канала направление скорости меняется на от;
рицательное, т.е. на противоположное по отно;
шению к направлению вынужденного потока. В
этот момент времени отрицательная скорость в
середине канала также зафиксирована и при
x/de = 13 (рис. 2 а). Таким образом, можно ут;
верждать, что в области канала 6,5 < x/de < 15
формируется рециркуляционная зона (рис. 1 а).
В момент времени t = 2,6563с (рис. 1 б) изолинии
функции тока в этой зоне канала (6,5 < x/de<15)
разбиваются на более мелкие структуры замкну;
тых изолиний. Рециркуляционная зона наблюда;
ется при x/de > 7, а в области 8,8 < x/de < 15 пре;
обладают структуры нестабильного вихревого
2
in 0,32 1 1 exp
0,0204 0,8
⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟= − − −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠
y tu
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1 37
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Структура изолинии функции потока в ка%
нале в разные моменты времени:
a%t = 2,066 с, Boin=2,09 ·10 –5; б%2,6563 с,
Boin=2,01 ·10 –5; в%5,5113 с, Boin=1,98 ·10 –5;
г%11,168с, Boin=1,94 ·10 –5; д%18,301с,
Boin=1,94 ·10 –5.
течения. С увеличением времени (t = 5,5113с)
вихревое течение смещается к большим x/de
(10,5 < x/de<15) (рис. 1 в), а при t = 11,163с (рис.
1 г) и t = 18,301с (рис. 1 д) положение зоны вих;
ревого течения уже практически не меняется
(11,5 < x/de < 15). При анализе структуры по;
тока в моменты времени t = 11,163с (рис. 1 г) и
t = 18,301с (рис. 1 д) видно, что в этом промежут;
ке времени структура течения меняется очень не;
значительно и течение уже можно назвать квази;
стационарным.
Следовательно, в результате выполненного
анализа структуры течения, можно утверждать,
что вдоль канала (рис. 1 в, г, д), образуются три
характерные зоны течения. В первой зоне под
воздействием термогравитационных сил парабо;
лический профиль скорости деформируется в М;
образный профиль скорости. Это зона стабиль;
38 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Профили скорости в разных сечениях кана%
ла: а%x/de = 6,5; б% 8,8 ; в% 13.
t = 2,066 с, Boin= 2,09 ·10 –5; t = 2,6563 с,
Boin=2,01 ·10 –5; t = 5,5113 с, Boin = 1,98 ·10 –5;
t = 11,168с, Boin = 1,94 ·10 –5; t = 18,301с,
Boin = 1,94 ·10 –5.
Рис. 3. Изменение теплоотдачи по длине канала в
разные моменты времени:
1%t=1,6725с, Boin = 2,21 · 10 –5; 2%2,066 с,
Boin = 2,09 ·10 –5; 3%2,6563с, Boin = 2,01 · 10 –5;
4%5,5113 с, Boin = 1,98 · 10 –5; 5%11,168с,
Boin = 1,94 · 10 –5; 6%18,301с, Boin = 1,94 · 10 –5.
Точки – экспериментальные данные Литовского
энергетического института для стационарных
условий.
ного течения. При t ≥ 5,5113с (рис. 1 в, г, д) она
продолжается до x/de = 8.
При больших x/de (рис. 1 в) x/de = 8…10,5, а в
случае (рис. 1 г, д) x/de = 8…11,5 в середине кана;
ла формируется зона с противоположным тече;
нием по отношению к вынужденному течению.
Затем следует зона нестабильного вихревого те;
чения. При анализе профилей скорости в зоне не;
стабильного вихревого течения (рис. 2 в, x/de = 13)
можно заметить присущие этой зоне черты: из;
менение направления скорости в разных местах
сечения канала и асимметрию профиля скорости
(при t = 2,6563…18,301с).
Изменение теплоотдачи по длине канала (рис. 3
а, б) имеет тесную связь с изученными ранее осо;
бенностями структуры потока (рис. 1).
Изменение характера теплоотдачи в момент
времени t = 2,066с (рис. 3 а, кривая 2) при x/de ≥ 6,5
связано с изменением направления скорости по;
тока в середине канала (рис. 1 а). В следующий
момент времени t = 2,6563с при x/de > 8,8 измене;
ние Nu приобретает пульсирующий характер (рис.
3 а, кривая 3) и это обуславливается вихревым те;
чением в этой области (рис. 1 б). С увеличением
времени пульсирующий характер теплоотдачи
проявляется при больших значениях x/de (рис. 3 б,
кривые 4,5,6), что обусловлено смещением вихре;
вого течения к большим x/de (рис. 1 в, г, д).
На рис. 3 также приведены данные экспери;
ментального исследования теплоотдачи при тех
же условиях, полученные в Литовском энергети;
ческом институте. Видно хорошее совпадение
результатов экспериментальных и численных ис;
следований в начале канала, т.е. в зоне устойчи;
вого ламинарного течения.
Вывод
При течении воздуха в плоском вертикальном
канале с теплообменом при Re = 2016, близким к
критическому, и числе Gr = 3,9 · 108 образуются
три зоны течения. Зона устойчивого течения в на;
чале канала, зона с противоположным течением
потока в центре канала и зона с неустойчивым ви;
хревым течением. В этой зоне температура стенки
и число Nu имеют пульсационный характер.
ЛИТЕРАТУРА
1. Scheele G. F., Rosen E. M., Hanratty T. J.
Effects of natural convection on transition to turbu;
lence in vertical pipes // Can. J. Chem. Eng. 1960.
Vol. 38. P. 67–73.
2. Петухов Б. С., Поляков А. Ф., Стригин Б. К.
Исследование теплообмена в трубах при вязкост;
но;гравитационном течении . М.: Энергия, 1968.
Т. 1. 607 с.
3. Петухов Б. С., Генин Л. Г., Ковалев С. А.
Теплообмен в ядерных энергетических установ;
ках. М.: Энергоатомиздат, 1986.
Получено 03.10.2005 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1 39
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61366 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T21:39:03Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Пошкас, П. Зуюс, Р. Янкаускас, Ю. 2014-05-04T15:29:49Z 2014-05-04T15:29:49Z 2006 Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков / П. Пошкас, Р. Зуюс, Ю. Янкаускас // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 36-39. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61366 536.24 Представлены резульаты численного исследования нестационарной ламинарной смешанной конвекции в плоском вертикальном канале для попутных направлений потоков. Результаты численного моделирования теплоотдачи сравнены с экспериментальными данными, полученными в Литовском энергетическом институте, и показывают хорошее совпадение в начале канала, т.е. в зоне устойчивого ламинарного течения. Подано результати числового дослідження нестаціонарної ламінарної змішаної конвекції у плоскому вертикальному каналі для супутних напрямів потоків. Результати числового моделювання тепловіддачі порівняно з даними, отриманими у Литовському енергетичному інституті, і дають задовільну збіжність на початку канала, тобто у зоні стійкої ламінарної течії. The results on the numerical modeling of the unsteady laminar mixed convection in the vertical flat channel for aiding flows are presented in this paper. The results of heat transfer modeling are compared to the experimental data obtained at the Lithuanian energy institute and show good agreement in the region of the stable laminar flow. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков Unsteady laminar mixed convection in a vertical plane channel for co-current flows Article published earlier |
| spellingShingle | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков Пошкас, П. Зуюс, Р. Янкаускас, Ю. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| title_alt | Unsteady laminar mixed convection in a vertical plane channel for co-current flows |
| title_full | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| title_fullStr | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| title_full_unstemmed | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| title_short | Нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| title_sort | нестационарная ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале при попутных направлениях потоков |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61366 |
| work_keys_str_mv | AT poškasp nestacionarnaâlaminarnaâsmešannaâkonvekciâvvertikalʹnomploskomkanalepripoputnyhnapravleniâhpotokov AT zuûsr nestacionarnaâlaminarnaâsmešannaâkonvekciâvvertikalʹnomploskomkanalepripoputnyhnapravleniâhpotokov AT ânkauskasû nestacionarnaâlaminarnaâsmešannaâkonvekciâvvertikalʹnomploskomkanalepripoputnyhnapravleniâhpotokov AT poškasp unsteadylaminarmixedconvectioninaverticalplanechannelforcocurrentflows AT zuûsr unsteadylaminarmixedconvectioninaverticalplanechannelforcocurrentflows AT ânkauskasû unsteadylaminarmixedconvectioninaverticalplanechannelforcocurrentflows |