CC BY
21
J
C. О. Юр'єв
УДК 536.252:532.527.2
ТЕПЛООБМІН І ТЕРТЯ ПОБЛИЗУ ОБЕРТОВОГО ЦИЛІНДРА З ПРОТОКОМ РІДИНИ ЧЕРЕЗ ЙОГО ПОВЕРХНЮ
У статті описані результати чисельного дослідження інтенсивності обміну імпульсом і теплотою в потоці зовні обертового проникного циліндра. Встановлено вплив швидкості протоку рідини крізь поверхню обертового циліндра на гідродинамічні втрати і тепловіддачу Ключові слова: обертовий проникний циліндр, теплообмін, інтенсифікація
1. Вступ
Дослідження, про які йдеться у доповіді, відносяться до гідродинаміки та теплообміну у закручених потоках рідин та газів. Удосконалення багатьох теплоенергетичних і технологічних пристроїв призводить до необхідності всебічних досліджень і розробки найбільш оптимальних методів організації процесів тепло- і масообміну в існуючих і проектованих установках. Тому дослідження, про які йдеться в доповіді, є актуальними.
2. Постановка проблеми
З’ясування механізму турбулентного перемішування і отримання загальних закономірностей турбулентного потоку в полі відцентрових сил становить значний науковий інтерес, так як гідродинаміка закручених течій відноситься до одного з найбільш складних розділів механіки рідини і газу. Проблемою є підвищення інтенсивності процесів обміну імпульсом і теплотою зовні обертового проникного циліндра за рахунок протоку рідини крізь його поверхню.
3. Основна частина
3.1. Аналіз літературних джерел по темі дослідження
В роботі [1] наводяться розрахункові дані, що свідчать про те, що в разі протоку рідини через поверхню внутрішнього обертового циліндра, до моменту прояву відцентрової нестійкості і виникнення макровіхрей, окружний рух рідини зосереджено в тонкому шарі біля поверхні циліндра. При різних поєднаннях кутової швидкості циліндра і витрати рідини крізь його поверхню, товщина зазначеного примежового шару може бути різною, а течія в ньому може бути як ламінарною, так і турбулентною. Цей факт дозволяє припустити можливість керування інтенсивністю теплообміну
поблизу поверхні обертового циліндра.
В [2] запропоновано наближений метод розрахунку ізотермічного турбулентного примежового шару на поверхні обертового проникного циліндра, що враховує ефекти, виявлені шляхом більш докладного чисельного моделювання на базі підходу, який розвинуто у роботах [3,4].
Результати, отримані в роботі [5], підтверджують можливість істотної інтенсифікації теплообміну зовні обертового проникного циліндра за рахунок протоку рідини крізь його поверхню.
3.2. Результати досліджень
Для вивчення можливості інтенсифікації теплообміну поблизу обертової проникної поверхні розглядалася задача про неізотермічну течію рідини в області, обмеженої двома циліндрами: нерухомим зовнішнім і внутрішнім, що обертається з кутовою швидкістю О. Для її вирішення використовувалося чисельне моделювання.
Моделювання течії в періодичному сегменті кільцевого зазору між циліндрами показало значний приріст тепловіддачі в разі різних швидкостей протоку рідини через поверхню внутрішнього обертового циліндра (рис. 1) при різних осьових числах Рейнольдса Rer. Однак, при цьому спостерігається більший приріст моменту гідродинамічного опору (рис. 2).
Рис. 1. Вплив швидкості протоку рідини на тепловіддачу при Reф=const:
1 - Reф=4•104; 2 - Reф=8•104; 3 - Reф=1,2•105;
4 - Reф=1,5•105; 5 - Reф=1,6•105; 6 - Reф=2•105
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 5/1(7), 2012 © S. Yuriev
0 JOO 1X10* ReT 1-5X10*
Рис. 2. Вплив швидкості протоку рідини на момент гідродинамічного опору при Reф=const:
1 - Reф=4•104; 2 - Reф=8•104; 3 - Reф=1,2•105; 4 -Reф=1,5•105; 5 - Reф=1,6•105; 6 - Reф=2•105
Для узагальнення результатів розрахунку використовуються радіальне Яег і обертальне Яеф числа
Рейнольдса, які визначаються, як Яе = та
г V
ОЯ? . . , . .
Яеф = —- відповідно (ро - швидкість протоку рідині
крізь поверхню обертового циліндра, - радіус обертового циліндра).
Представлені результати підтверджують можливість інтенсифікації теплообміну зовні обертового проникного циліндра за рахунок протоку рідини крізь його поверхню. При поєднанні різних швидкостей обертання циліндра і швидкості протоку рідини, можна домогтися підвищення тепловіддачі з поверхні циліндра в кілька разів із прийнятним зростанням моменту гідродинамічного опору.
Література
1. Мочалин, Е.В. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил [Текст] / Е.В. Мочалин, А.А. Халатов. // Т.8: Гидродинамика закрученного потока в ротационных фильтрах. - Киев: Ин-т техн. теплофизики НАН Украины. - 2010. - 428 с.
2. Мочалин, Е.В. Проблемы промышленной очистки жидкостей от механических загрязнений и применение ротационных фильтров [Текст] / Е.В. Мочалин, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. - 2009. - Т. 31, №2. - С. 57-69.
3. Мочалин, Е.В. Выбор модели турбулентности для анализа течения снаружи вращающегося проницаемого цилиндра [Текст] / Е.В. Мочалин // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2007. - № 2/6 (26).
- С. 20-26.
4. Мочалин, Е.В. Особенности моделирования макрових-ревых течений жидкости вблизи вращающегося проницаемого цилиндра [Текст] / Е.В. Мочалин // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2007.
- №12(118). - С. 146-153.
5. Мочалин, Е.В. Интенсивность обмена импульсом и теплотой в потоке снаружи вращающегося проницаемого цилиндра [Текст] / Е.В. Мочалин, С.А. Юрьев // Промислова гідравліка і пневматика. - 2011, №34(4)
ТЕПЛООБМЕН И ТРЕНИЕ ВБЛИЗИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА С ПРОТОКОМ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ЕГО ПОВЕРХНОСТЬ
С. А. Юрьев
В статье описаны результаты численного исследования интенсивности обмена импульсом и теплотой в потоке снаружи вращающегося проницаемого цилиндра. Установлено влияние скорости протока жидкости через поверхность вращающегося цилиндра на гидродинамические потери и теплоотдачу.
Клмчевые слова: вращающийся проницаемый цилиндр, теплообмен, интенсификация
Сергей Александрович Юрьев, аспирант кафедры теоретической и строительной механики Донбасского государственного технического университета, тел. (093) 729-58-60, e-mail: jurick@bk.ru
HEAT TRANSFER AND FRICTION NEAR THE ROTATING CYLINDER WITH THE DUCT OF FLUID THROUGH IT SURFACE
S. Yuriev
The results of a numerical study of momentum and heat transfer intensity in a flow outside rotating permeable cylinders are described. The effect of liquid flow rate through the surface of a rotating cylinder on the hydrodynamic losses and heat transfer is fixed.
Keywords: rotating permeable cylinder, heat transfer, intensification
Sergei Yuriev, post-graduate student of Department of Theoretical and structural mechanics of Donbas State Technical University, tel. (093) 729-58-60, e-mail: jurick@bk.ru
2Q
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/1(7), 2012
