1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 5, 2022

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2022, № 5, стр. 13-24

ГЕНЕЗИС АНОМАЛЬНОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В НАКЛОННЫХ КАНАВКАХ НА СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

С. А. Исаев a, b, *

a Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Санкт-Петербург, Россия

b Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: isaev3612@yandex.ru

Поступила в редакцию 13.04.2022
После доработки 10.05.2022
Принята к публикации 10.05.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Обзор эволюции научного направления по вихревой интенсификации теплообмена на структурированных лунками энергоэффективных поверхностях представляется. Обсуждается открытое явление аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках со сферическими законцовками, связанное с интерференцией взаимодействующего с наветренным склоном входящего в канавку струйного потока и самоорганизующегося торнадоподобного вихря. Особое внимание уделяется экспериментальному подтверждению обнаруженных численно экстраординарных перепадов статического давления внутри входной части канавки и ускорения пристеночного потока над входом до скоростей, в полтора раза превышающих максимальную скорость в плоскопараллельном канале.

Ключевые слова: интенсификация отрывного и вторичного течения, торнадоподобные вихри, наклонные канавки

Создание структурированных энергоэффективных поверхностей представляет важную инженерную и фундаментальную научную проблему. Пассивные методы интенсификации теплообмена при нанесении на поверхности рельефов из упорядоченных элементов шероховатости позволяют значительно увеличить теплоотдачу от стенки при прокачке теплоносителя в мультимасштабных системах охлаждения. При этом гидравлические потери, определяемые перепадами полного давления, могут расти со значительным опережающим темпом. Яркий пример такого успешного метода, нашедшего широкое применение в авиационной промышленности, – накатка валиков в трубах и каналах, предложенная в открытии Г. Дрейцера и его коллектива из Московского авиационного института [1, 2]. Однако в технических системах подчас ресурсы полного давления сильно ограничены, что затрудняет применение упорядоченных выступов для интенсификации теплообмена. Альтернативой являются луночные технологии, в том числе основанные на нанесении упорядоченных траншей [3, 4], позволяющие кардинально снизить гидравлические потери и повысить теплогидравлическую эффективность, сохраняя высокий уровень теплоотдачи в микро- и макро размерных устройствах.

Долгое время технология нанесения покрытий ограничивала конструирование энергоэффективных поверхностей. Обработка металлов резанием (фрезерование), штамповка, литье стимулировали выбор простых форм лунок, а именно сферических, конических и цилиндрических. Эмпирический инженерный подход к построению структурированных поверхностей преобладал над фундаментальными научными исследованиями по изучению физических механизмов интенсификации теплообмена. Однако спектр приложений зарождающихся луночных технологий был довольно широким. Это прежде всего теплообменники (пластинчатые и трубчатые), тракты двигательных и энергетических установок (ГТУ, атомные станции и др.), в том числе системы охлаждения турбинных лопаток, воздушные конденсаторы, а в последнее десятилетие микроканалы в устройствах микроэлектроники [5–8]. Постепенно упорядоченная дискретная шероховатость на пластинах, стенках каналов и труб стала объектом внимания исследователей фундаментальных механизмов интенсификации теплообмена [9–20]. Следует отметить, что появление аддитивных технологий кардинально изменило ситуацию с реализацией нанесения покрытий, позволив воссоздавать запрограммированные компьютером поверхностные рельефы. Тем не менее и в них еще пока не вполне решены проблемы создания изделий из огнестойких материалов и качества получаемых поверхностей.

Перспективная научная тематика вихревой интенсификации теплообмена на луночных рельефах сформировала международные научные школы Г. Кикнадзе [21, 22], А. Леонтьева [23, 24], Ф. Лиграни [25–30], Р. Банкера [31, 32], Б. Вайнганда [33, 34], Б. Кхо [35, 36], А. Халатова [37, 38]. Также выделились национальные научные коллективы в Корее и Китае [37–46]. Хотелось бы отметить экспериментальные [47–55] и расчетные [56, 57] работы. Подавляющее большинство перечисленных исследований посвящено интенсификации теплообмена на плоских пластинах и стенках каналов с уединенными и пакетными сферическими лунками. К ним следует добавить работы коллектива С. Исаева [58–114 ], посвященные в основном численным исследованиям отрывных течений и теплообмена в уединенных сферических лунках на плоской пластине и стенке узкого канала. Акцент в них, как и в работах Кикнадзе, делался на анализ самоорганизующихся струйно-вихревых структур в лунках, на определение влияния на них геометрических и режимных параметров, в особенности глубины лунки, радиуса скругления кромки и числа Рейнольдса. В работах, посвященным ансамблям лунок, в основном рассматривались традиционные ямки – лунки, сферические, конические, эллиптические небольшого удлинения, каплевидные. Ансамбли лунок подобно расположению труб в теплообменниках компоновались как коридорные и шахматные. Во втором случае, следуя Кикнадзе, центры соседних лунок составляют равносторонний треугольник, а по предложению Лиграни в центре квадрата между соседними лунками размещается еще одна лунка. Характерная особенность рассматриваемых луночных ансамблей – высокие плотности облунения поверхностей, доходящие до 70–80%. Она связана с образованием в лунках довольно слабых возвратных течений и крайней низкой теплоотдаче в отрывных зонах, занимающих их значительную часть. Повышение теплоотдачи на облуненных поверхностях наблюдается на наветренных склонах лунок и в промежутках между лунками. Во многих исследованиях внимание обращается на генерацию асимметричных вихревых структур и интенсификацию вторичного и отрывного течения за счет формирования рельефа внутри лунок. Значительный интерес проявлен к разработке математических моделей и технологий численного моделирования [74], методов диагностики вихревых потоков и теплообмена, включая градиентную теплометрию [75, 76].

Особый интерес проявлен к исследованиям интенсификации теплообмена на структурированных пластинах и стенках каналов с нетрадиционными поверхностными вихрегенераторами – наклонными овально-траншейными лунками (ОТЛ) (рис. 1) [77]. Первоначальная идея, примененная при проектировании асимметричных лунок, заключалась в интенсификации пристеночного течения при генерации наклонных вихревых структур, что было продемонстрировано при выдуве наклонной струи в сносящий поток [78]. Сначала рассматривались асимметричные лунки, составленные из половинок сферической и эллиптической лунок [59, 60], но интенсивность отрывного и вторичного течения в них оказалась невелика. В [79] предложена форма наклонной по отношению к набегающему потоку овальной лунки, составленной из двух половинок сферической лунки и соединяющей их цилиндрической вставки. Показана генерация в них устойчивых спиралевидных вихревых структур в отличие от образования периодических вихрей в глубоких сферических лунках [80–85]. Тепловая и теплогидравлическая эффективность овальных лунок на пластине и на стенке узкого канала оказалась существенно выше, чем их сферических аналогов. В проведенных исследованиях начального периода длины вставок были небольшими (не более 0.5–1 диаметра исходной сферической лунки). Помимо уединенных лунок рассматривались коридорные и шахматные ансамбли таких лунок на нагреваемой стенке узкого канала.

Рис. 1.

Уединенные (a) и двухрядные (б) наклонные овально-траншейные лунки (ОТЛ) на плоской стенке.

Прорыв в исследованиях интенсификации теплообмена при обтекании наклонных овальных лунок произошел, когда было выполнено условие постоянства площади пятна уединенной лунки на стенке узкого канала в процессе ее удлинения [86–89]. Фактически овальная лунка при большом удлинении преобразуется в канавку с полусферическими законцовками.

Анализ растекания теплоносителя по внутренней поверхности наклонной овальной лунки с большим относительным удлинением порядка 3–5, названной овально-траншейной лункой, показал, что начиная с некоторого удлинения лунка становится проточной, т.е. зона отрывного течения локализуется во входной (или головной) части наклонной ОТЛ. С увеличением относительной длины гидравлические потери на прямоугольном участке с лункой сначала возросли до максимума, а затем снизились до величины, близкой к гидравлическим потерям выбранного участка канала с эквивалентной по площади сферической лункой одинаковой глубины с ОТЛ. Теплоотдача на участке стенки канала с ОТЛ оказалась значительно выше, чем в случае сферического аналога. При обтекании турбулентным потоком воды уединенной OTЛ глубиной 0.39 и углом наклона 45° в узком канале высотой 1 и шириной 7.5 максимальная скорость вторичного течения в лунке приблизилась к 80% от среднемассовой скорости, а минимум относительного отрицательного трения и максимум относительной теплоотдачи в зоне возвратного течения лунки составили –1.5 и 2 соответственно.

Явление аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена во входной части наклонной ОТЛ [90–96], а также ускорение в ядре канального потока открыто численно для ламинарного и турбулентного стабилизированного течения воздуха в узких каналах с однорядными пакетами наклонных ОТЛ [97–99]. Явление связано с интерференцией входящего в лунку внешнего потока, растекающегося по ее наветренному склону, и сгенерированного во входном сферическом сегменте торнадоподобного вихря (рис. 2). В результате возник большой перепад полного давления между зонами торможения и разрежения, сопоставимый с перепадом давления в критических точках при обтекании шара или кругового цилиндра. В проведенных расчетах числа Рейнольдса, определенные по среднемассовой скорости и высоте канала, заданы равными 103 и 104. Обычно угол наклона ОТЛ выбирался равным 45°. В случае турбулентного воздушного потока для разреженного пакета ОТЛ с одной лункой длиной 7.05, шириной 1.05 и глубиной 0.3 в центре периодического участка канала длиной 6 и шириной 7 на нагретой внутренней поверхности абсолютная величина минимального относительного трения увеличивается четырехкратно, а максимальная относительная теплоотдача возрастает пятикратно по отношению к соответствующим величинам в плоскопараллельном канале. Максимальная абсолютная величина скорости вторичного (поперечного) течения оказывается одного порядка с максимальной скоростью потока в плоскопараллельном канале. Для однорядных ОТЛ шириной 1, длиной 4.5 и глубиной свыше 0.25 в периодическом модуле узкого микроканала шириной 6, длиной 4 с одной наклоненной под углом 45° ОТЛ открыто явление ускорения ламинарного потока с полуторакратным ростом максимальной скорости в ядре потока в области над входом в наклонную ОТЛ по сравнению с максимальной скоростью в плоскопараллельном канале.

Рис. 2.

Интерференция взаимодействующего с наветренным склоном входящей в наклонную ОТЛ струи и самоорганизующегося торнадоподобного потока (a), а также компьютерная визуализация закрученного потока в ОТЛ на участке стабилизированного течения в узком канале (б) [90].

Уплотнение лунок в однорядном рельефе на периодической секции на нагретой стенке удлинением 8 в узком (9 к 1) плоскопараллельном канале рассматривается на примере размещения наклонных ОТЛ длиной 7.05, шириной 1.05 и глубиной 0.25 с радиусом скругления кромок 0.21 (рис. 3, 4) [92–95]. Расстояние между центрами лунок меняется от 2 до 8. Эффект ускорения турбулентного потока с увеличением максимальной скорости в ядре в 1.39 раза получен при плотном пакете наклоненных под углом 65° ОТЛ с шагом между лунками 2. В этом случае четырехкратно увеличивается максимальная абсолютной величина относительной проекции трения на направление срединного сечения ОТЛ (рис. 5, 6) и 6.5-кратно растет максимальная относительная теплоотдача (по отношению к параметрам в плоскопараллельном канале). Максимальная абсолютная величина скорости вторичного (поперечного) течения примерно на 10% превосходит величину максимальной скорости потока в плоскопараллельном канале, а такая же величина скорости рециркуляционного течения почти втрое превышает аналогичную скорость возвратного течения в сферической лунке, доходя до 0.89 от среднемассовой скорости в канале. Уплотнение лунок сопровождается увеличением перепада полного давления (свыше 1.2) между областями высокого положительного и низкого отрицательного давления. Оказывается, что наклон ОТЛ в диапазоне 0–60° в разреженном коридорном пакете на гидродинамическом стабилизированном участке узкого канала оказывает кардинальное воздействие на аномальную интенсификацию отрывного и закрученного потоков в лунке, приводя к 3–4-кратному снижению относительного отрицательного трения в диапазоне изменения углов от 40° до 60°, увеличению наибольшей скорости возвратного и вторичного течения до 0.8 и 1.18 по отношению к среднемассовой скорости потока в канале [100–103]. В то же время до углов наклона, не превышающих 20°, аномальной интенсификации гидродинамических и теплообменных процессов в лунках не возникает.

Рис. 3.

Сравнение изополей продольной составляющей скорости u, равной 1.3, в периодической секции канала с наклонными ОТЛ (φ = 65°) на нижней стенке (верхняя стенка снята) при Н = 8 (a); 4 (б); 2.667 (в); 2 (г).

Рис. 4.

Сравнение полей продольной составляющей скорости u в срединном сечении периодической секции гладкого (a) и облуненного каналов при Н = 8 (б); 4 (в); 2.667 (г); 2 (д) с нанесенными структурами вторичных токов.

Рис. 5.

Распределения составляющих относительного трения fs в продольном срединном сечении наклонной ОТЛ при φ = 65° для различных Н. 1 – Н = 8; 2 – 4; 3 – 3.3; 4 – 2.667; 5 – 2.

Рис. 6.

Зависимость относительной суммарной теплоотдачи Numm/Nummpl участка периодической секции облуненного канала (1, 4), относительных гидравлических потерь ζ/ζpl (2, 5) и теплогидравлической эффективности (Е), определенной как (Numm/Nummpl)/(ζ/ζpl) (3, 6) от расстояния между центрами лунок H. 4–6 – данные экспериментов И.А. Попова [112].

Интенсификация теплообмена в межреберном канале воздушного конденсатора с помощью коридорного пакета наклоненных под углом 45° ОТЛ моделируется численно при Re = 1000. При рассмотрении узкого канала высотой 1, длиной 80 и шириной 4 предпочтителен вариант с 31-й однорядной овально-траншейной лункой, имеющей глубину 0.25 (рост гидравлических потерь не превышает 46% при почти двукратном увеличении теплоотдачи по сравнению с плоскопараллельным каналом). При турбулентном режиме течения воздуха в межреберном канале с 31 ОТЛ при Re = 6000 глубина лунок меняется от 0 до 0.2. Относительные гидравлические потери не превышают 70% при возрастании в 2.4 раза относительной теплоотдачи в облуненном канале в сравнении с плоскопараллельным аналогом [104–107].

В [108] интенсификация теплообмена рассчитывается при турбулентном обтекании воздухом плоской пластины с однорядным пакетом из 16 ОТЛ с наклоном 60° на продольной секции длиной 40, шириной 4 при постановке условий симметрии на боковых границах секции пластины и при шаге лунок 2.4. ОТЛ имеет ширину 1, длину 4.5, глубину 0.2 и радиус округления 0.3. Толщина пограничного слоя на входе в секцию 0.175. Аномальная интенсификация отрывного течения и теплообмена в наклонных ОТЛ подтверждается. Экстремальные относительные величины отрицательного трения и числа Нуссельта (f/fpl)min = –3, (Nu/Nupl)max = 4. Относительная теплоотдача увеличивается в 1.43 раза в по сравнению с гладкой пластиной, а коэффициент лобового сопротивления растет в 2.08 раза. Однако теплогидравлическая эффективность составляет 1.12.

Обнаруженная численно аномальная интенсификация отрывного течения и теплообмена в наклонных ОТЛ на пластине и на стенке узкого канала, а также ускорение потока в узком канале с двумя $ \vee $ и $ \wedge $ – образными рядами ОТЛ экспериментально подтверждены на стендах НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Казанского научного центра РАН и Казанского национального исследовательского технического университета – Казанского авиационного института. Измеренные перепады статического давления в одиночном ОТЛ при Re = 6.7 × 104 и 16.7 × 104 (рис. 7), профили скорости ускоряющегося ламинарного (Re = 1000) и турбулентного (Re = 4300) потоков в узком канале с двумя рядами из 26 ОТЛ каждый (рис. 8), оценка суммарных чисел Нуссельта на стенке канала с однорядными ОТЛ хорошо согласуются с численными прогнозами в рамках подхода RANS [109].

Рис. 7.

Фотография экспериментальной установки в НИИ механики МГУ с наклонной ОТЛ на пластине при варьировании φ от 0 до 90° (a), сравнение расчетных (линии) и экспериментальных (точки) распределения статического давления в срединном продольном (б) и характерном поперечном (в) сечениях ОТЛ [109].

Рис. 8.

Фотография экспериментальной установки облуненного узкого канала с плотным расположением наклонных ОТЛ (a) и сравнение расчетных (1, 3) и экспериментальных (2, 4) поперечных профилей продольной составляющих скорости u(z) при ламинарном (б – Re = 103) и турбулентном (в – Re = 4000) режимах течения [111]. 1, 2 – φ = ±45°; y = 0.4; 3, 4 –(±135°); 0.23.

φ – угол наклона ОТЛ, H – расстояние между центрами ОТЛ в однорядном пакете, u – продольная составляющая скорости потока, fs – составляющая вектора трения по координате s в срединном продольном сечении ОТЛ, fpl – трение на плоской стенке.

Анализ турбулентного обтекания ОТЛ на пластине и на стенке канала показывает, что в диапазоне углов наклона от 25° до 85° наблюдается большой перепад давления между зонами торможения на наветренном склоне и разрежения в месте, где образуется торнадоподобный вихрь [110].

Измерения поля скорости в узком канале с двумя рядами наклонных ОТД при углах наклона ±45° и ±135° показывают, что в ядре потока формируется сдвиговый поток с максимальной скоростью перед входом в лунку, причем ее величина превышает максимальную скорость в плоскопараллельном канале [111].

В [112, 113] представлен обзор по моделированию интенсификации теплообмена с использованием поверхностных вихрегенераторов в виде овальных лунок. Особое внимание обращено на наклонные дуговые лунки, которые позволяют снизить гидродинамические потери в облуненных каналах при незначительном уменьшении теплоотдачи по сравнению с наклонными ОТЛ.

В [114] предложенная энергоэффективная плоская поверхность образуется при нанесении однорядных зигзагообразных поперек потока (VVVVVV) канавок в плотной компоновке. Рассматривается конвективный теплообмен при турбулентном обтекании продольного фрагмента пластины длиной 40 и шириной 4 с пакетом из 14 однорядных наклонных \ – образных канавок с заданием условий симметрии на боковых границах. Ширина канавок 1, глубина 0.25, радиус скругления кромки 0.2, углы наклона 30°, 45°, 50° и 60°, шаг 2.4, число Рейнольдса 104, толщина входного пограничного слоя 0.175. Подтверждены открытое в наклонных овально-траншейных лунках явление аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в зигзагообразных канавках и ускорение пристеночного потока.

В целом представлены новые энергоэффективные структурированные поверхности, хорошо сочетающиеся с перспективными аддитивными технологиями.

Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту 22-19-00056.

Список литературы

  1. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp I.Z., Myakotchin A.S. Efficient surfaces for heat exchangers: fundamental and design. Begell house, 2002. 392 p.

  2. Dreitser G.A. Problems in developing highly efficient tubular heat exchangers // Therm. Eng. 2006. V. 53. № 4. P. 279‒287.

  3. Dzyubenko B., Kuzma-Kichta Yu., Leontiev A., Fedik I., Kholpanov L. Intensification of heat and mass transfer on macro-, micro-, and nanoscales. Begell House, 2016. 630 p.

  4. 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.

  5. Нагога Г.П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин. М.: Изд-во МАИ, 1996. 100 с.

  6. Ануров Ю.М. Эффективные методы интенсификации теплообмена в системах охлаждения лопаточных аппаратов высокотемпературных газовых турбин // Автореф. докт. дис. СПб: Компания “Энергомаш (ЮК) Лимитед”, 2005. 36 с.

  7. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинамика около поверхностных углублений (лунок). Киев: Институт технической теплотехники НАН Украины. 2005. 76 с.

  8. Халатов А.А., Борисов И.И., Шевцов С.В. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил. Киев: Ин-т технической теплотехники НАН Украины. 2005. 500 с.

  9. Научные основы технологий XXI века / Под ред. Леонтьева А.И., Пилюгина Н.Н., Полежаева Ю.В., Поляева В.М. М.: УНПЦ “Энергомаш”, 2000. 136 с.

  10. Кузма-Кичта Ю.А. Методы интенсификации теплообмена. М.: Изд-во МЭИ, 2001. 112 с.

  11. Щукин А.В., Козлов А.П., Агачев Р.С., Чудновский Я.П. Интенсификация теплообмена сферическими выемками при воздействии возмущающих факторов / Под ред. акад. В.Е. Алемасова. Казань: Из-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003. 143 с.

  12. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. СПб.: Судостроение, 2005. 398 с.

  13. Попов И.А. Гидродинамика и теплообмен внешних и внутренних свободноконвективных вертикальных течений с интенсификацией. Интенсификация теплообмена / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2007. 326 с.

  14. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена: монография / Под общей ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 531 с.

  15. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Интенсификация теплообмена: монография / Под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 с.

  16. Соколов Н.П., Полищук В.Г., Андреев К.Д., Рассохин В.А., Забелин Н.А. Теплообмен и гидравлика в каналах с облуненными поверхностями. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 288 с.

  17. Пристенная интенсификация теплообмена при сложных граничных условиях / А.В. Щукин, А.В. Ильинков. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2014. 252 с.

  18. Готовский М.А., Деменок С.Л., Медведев В.В., Сивуха С.М. Теплоотдача и сопротивление каналов с олуненными поверхностями: монография. СПб.: Страта, 2016. 206 с.

  19. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил. Т. 10. Перспективные схемы пленочного охлаждения / А.А. Халатов, И.И. Борисов, Ю.А. Дашевский, С.Б. Резник. Киев, Изд-во “Политехника”, 2016. 238 с.

  20. Леонтьев А.И., Алексеенко С.В., Волчков Э.П. и др. Вихревые технологии для энергетики / Под общей ред. акад. А.И. Леонтьева. М.: Изд. дом МЭИ, 2017. 350 с.

  21. Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А., Олейник В.Г. Поверхность обтекания для формирования динамических структур в пограничных и пристенных слоях потоков сплошных сред. Патент № 2020304 РФ. C1 F15D1/02, F15D1/12. Россия – № 5034292/29; Опубл. 30.09.1994.

  22. Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А., Алексеев В.В. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках вязких сплошных сред и интенсификация тепломассообмена, сопровождающая это явление. М.: Издательство МЭИ, 2005. 84 с.

  23. Afanasyev V.N., Chudnovsky Y.P., Leontiev A.I., Roganov P.S. Turbulent of friction and heat transfer characteristics of spherical cavities on a plate // Exp. Therm. and Fluid Science. 1993. V. 7. P. 1–8.

  24. 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. Journal of Thermal Sciences. 2017. V. 118. P. 152–167.

  25. Ligrani P.M., Oliveira M.M., Blaskovich T. Comparison of heat transfer augmentation techniques // AIAA J. 2003. V. 41. № 3. P. 337–362.

  26. Ligrani P.M., Harrison J.L., Mahmmod G.I., Hill M.L. Flow structure due to dimple depressions on a channel surface // Phys. Fluids. 2001. V. 13. № 11. P. 3442–3451.

  27. Mahmood M.L., Ligrani P.M. Heat transfer in a dimpled channel: combined influences of aspect ration, temperature ration, Reynolds number and flow structure // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2002. V. 45. P. 2011–2020.

  28. Won S., Ligrani P. Numerical predictions of flow structure and local Nusselt number rations along and above dimpled surfaces with different dimple depths in a channel // Numerical Heat Transfer. 2004. V. 46 (A). P. 549–570.

  29. Burgess N.K., Ligrani P.M. Effects of dimple depth on channel Nusselt numbers and friction factors // Trans. ASME. J. Heat Transfer. 2005. V. 127. P. 839–847.

  30. Xie G., Liu J., Ligrani P.M., Zhang W. Numerical predictions of heat transfer and flow structure in a square cross-section channel with various non-spherical indentation dimples // Numerical Heat Transfer. 2013. V. 64 (A). P. 187–215.

  31. Bunker R., Belen’kii M.Ya., Gotovsky M.A., Fokin B.S., Isaev S.A. Experimental and computational investigation of the hydrodynamics and heat transfer in a flat channel of variable width for smooth and intensified surfaces // Heat Transfer Research. 2004. V. 35. № 1–2. P. 34–43.

  32. Dees J.E., Bogard D.G., Bunker R.S. Heat transfer augmentation downstream of rows of various dimple geometries on the suction side of a gas turbine airfoil // J. Turbomach. 2010. V. 132. № 3. P. 031010.

  33. Rao Y., Feng Y., Li B., Weigand B. Experimental and numerical study of heat transfer and flow // Journal of Heat Transfer. 2015. V. 137. P. 031901.1-10.

  34. Zhang P., Rao Y., Li Y., Weigand B. Heat transfer and turbulent flow structure in channels with miniature V‑shaped rib-dimple hybrid structures on one wall // Journal of Heat Transfer. 2019. V. 141. P. 071903.1-12.

  35. Chen Y., Chew Y., Khoo B. Enhancement of heat transfer in turbulent channel flow over dimpled surface // Int. Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. V. 55. P. 8100–8121.

  36. Tay C.M., Chew Y.T., Khoo B.C., Zhao J.B. Development of flow structures over dimples // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. V. 52. P. 278–287.

  37. Syred N., Khalatov A., Kozlov A., Shchukin A., Agachev R. Effect of surface curvature on heat transfer and hydrodynamics within a single hemispherical dimple // ASME Journal of Turbomachinery. 2001. V. 123. P. 609–613.

  38. Kovalenko G.V., Terekhov V.I., Khalatov A.A. Flow regimes in a single dimple on the channel surface // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2010. V. 51. P. 839–848.

  39. Lan J., Xie J., Zhang D. Effect of leading edge boundary layer thickness on dimple flow structure and separation control // Journal of Mechanical Science and Technology. 2011. V. 25. № 12. P. 3243–3251.

  40. Choi E.Y., Choi Y.D., Lee W.S., Chung J.T., Kwak J.S. Heat transfer augmentation using a rib-dimple compound cooling technique // Applied Thermal Eng. 2013. V. 51. P. 435–441.

  41. Qu H., Shen Z., Xie Y. Numerical investigation of flow and heat transfer in a dimpled channel among transitional Reynolds numbers // Mathematical Problems in Engineering. 2013. ID 989237. P. 1–10.

  42. 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.

  43. Zhou W., Rao Y., Hu H. An experimental investigation on the characteristics of turbulent boundary layer flows over a dimpled surface // Journal of Fluids Engineering. 2016. V. 138. P. 021204.1-13.

  44. Li M., Khan T.S., Al-Hajri E., Ayub Z.H. Single phase heat transfer and pressure drop analysis of a dimpled enhanced tube // Applied Thermal Engineering. 2016. V. 101. P. 38–46.

  45. Li P., Zhang D., Xie Y., Xie G. Flow structure and heat transfer of non-Newtonian fluids in microchannel heat sinks with dimples and protrusions // Applied Thermal Engineering. 2016. V. 94. P. 50–58.

  46. Huang Z., Li Z.-Y., Yu G.-L., Tao W.-Q. Numerical investigations on fully-developed mixed turbulent convection in dimpled parabolic trough receiver tubes // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 114. P. 1287–1299.

  47. Terekhov V., Kalinina S., Mshvidobadze Yu. Heat transfer coefficient and aerodynamic resistance on a surface with a single dimple // Enhanced Heat Transfer. 1997. V. 4. P. 131–145.

  48. Chyu M.K., Yu Y., Ding H. Heat transfer enhancement in rectangular channels with concavities // Enhanced Heat Transfer. 1999. V. 6. P. 429–439.

  49. Hwang S.D., Kwon H.G., Cho H.H. Heat transfer with dimple/protrusion arrays in a rectangular duct with a low Reynolds number range // Int. J. Heat Fluid Flow. 2008. V. 29. P. 916–926.

  50. Mitsudharmadi H., Tay C.M.J., Tsai H.M. Effect of rounded edged dimple arrays on the boundary layer development // The Visualization Society of Japan J. Visualization. 2009. V. 12. № 1. P. 17–25.

  51. Slabaugh C.D., Tran L.V., Kapat J.S. Heat transfer in a rectangular channel with dimples applied to one wall // J. Propulsion and Power. 2011. V. 27. № 6. P. 1303–1314.

  52. Ranaware A.A., Patel I.H. Experimental analysis of heat transfer enhancement over dimpled surface on one side of plate // Int. Journal on Recent Technologies in Mechanical and Electrical Engineering. 2017. V. 4. № 9. P. 1–5.

  53. Turnow J., Kornev N., Zhdanov V., Hassel E. Flow structures and heat transfer on dimples in a staggered arrangement // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2012. V. 35. P. 168–175.

  54. Vorayos N., Katkhaw N., Kiatsiriroat T., Nuntaphan A. Heat transfer behavior of flat plate having spherical dimpled surfaces // Case Stud. Therm. Eng. 2016. V. 8. P. 370.1–7.

  55. 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.

  56. Nazari S., Zamani M., Moshizi S.A. Comparative study on the influence of depth, number and arrangement of dimples on the flow and heat transfer characteristics at turbulent flow regimes // Heat and Mass Transfer. 2018. V. 54. P. 2743–2760.

  57. Fazli M., Raisee M. Computation of flow and heat transfer through channels with periodic dimple/protrusion walls using low-Reynolds number turbulence models // Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. 2019. V. 29. № 3. P. 1178–1207.

  58. Isaev S.A., Kharchenko V.B., Chudnovskii Ja.P. Calculation of a three-dimensional flow of a viscous incompressible liquid in the neighborhood of a shallow well on a flat surface // J. Eng. Physics and Thermophys. 1994. V. 67. № 5–6. P. 1013–1017.

  59. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Baranov P.A. Identification of self-organized vortexlike structures in numerically simulated turbulent flow of a viscous incompressible liquid streaming around a well on a plane // Tech. phys. Letters. 2000. V. 26. № 1. P. 15–18.

  60. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Baranov P.A., Usachov A.E. Bifurcation of vortex turbulent flow and intensification of heat transfer in a hole // Doklady Phys. 2000. V. 45. № 8. P. 389–391.

  61. Isaev S.A., Leontiev A.I., Metov Kh.T., Kharchenko V.B. Modeling of the influence of viscosity on the tornado heat exchange in turbulent flow around a small hole on the plane // J. Eng. Physics and Thermophys. 2002. V. 75. № 4. P. 890–898.

  62. Isaev S.A., Leontiev A.I., Baranov P.A., Pyshnyi I.A., Usachov A.E. Numerical analysis of the vortex intensification in a heat transfer in a channel with a set of deep spherical dimples on one of the walls // Dokl. Phys. 2002. V. 47. № 10. P. 755–757.

  63. Baranov P.A., Isaev S.A., Leontiev A.I., Mityakov A.V., Mityakov V.Yu., Sapozhnikov S.Z. Experimental and numerical modeling of vortex heat transfer in turbulent flow past spherical dimple on a plane // Thermophys. and aeromechanics. 2002. V. 9. № 4. P. 497–508.

  64. Isaev S.A., Leontiev A.I., Kudryavtsev N.A., Pyshnyi I.A. The effect of rearrangement of the vortex structure on heat transfer under condition of increasing depth of a spherical dimple on the wall of a narrow channel // High Temp. 2003. V.41. № 2. P. 229–232.

  65. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Baranov P.A., Pyshnyi I.A. Numerical analysis of the influence of the depth of a spherical hole on a plane wall on turbulent heat transfer // J. Eng. Physics and Thermophys. 2003. V. 76. № 1. P. 61–69.

  66. Isaev S.A., Leontiev A.I., Kiknadze G.I., Kudryavtsev N.A., Gachchiladze I.A. Comparative analysis of the vortex heat exchange in turbulent flows around a spherical hole and two-dimensional trench on plane wall // J. Eng. Physics and Thermophys. 2005. V. 78. № 4. P. 749–761.

  67. Mityakov V.Yu., Mityakov A.V., Sapozhnikov S.Z., Isaev S.A. Local heat fluxes on the surfaces of dimples. Ditches and cavities // Therm. Eng. 2007. V. 54. № 3. P. 200–203.

  68. Isaev S.A., Leontiev A.I., Zhdanov V.L., Kornev N.V., Hassel E. Whirlwind-like enhancement of heat transfer on dimpled reliefs // Heat Transfer Research. 2008. V. 39. № 1. P. 79–90.

  69. Isaev S.A., Sapozhnikov S.Z., Mityakov V.Yu., Mityakov A.V., Mozhaiskii S.A., Usachov A.E. Numerical analysis of the influence of the physical viscosity on the vortex heat transfer in laminar and turbulent flows around a heated plate with a shallow spherical hole // J. Engineering Physics and Thermophysics. 2009. V. 82. № 5. P. 847–857.

  70. 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. 178–197.

  71. Isaev S.A., Leontiev A.I., Shchelchkov A.V., Gul’tsova M.E. Reconstruction of the vortex-jet structure of the separation turbulent flow in a spherical dimple on the wall of a narrow channel with increase in the depth of the dimple and intensification of the secondary flow in it // J. Eng. Physics and Thermophys. 2015. V. 88. № 5. P. 1304–1308.

  72. Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., Baranov P.A., Gulcova M.E. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed on it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2016. V. 94. P. 426–448.

  73. Isaev S.A., Leontiev A.I., Baranov P.A., Popov I.A., Shchelchkov A.V., Gabdrakhmanov I.P. Numerical simulation of the intensification of the heat exchange in a plane-parallel channel with a cylindrical shallow dimple on the heated wall // J. Eng. Physics and Thermophys. 2016. V. 89. № 5. P. 1186–1201.

  74. Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. Многоблочные вычислительные технологии в пакете VP2/3 по аэротермодинамике. Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Pub., 2013. 316 с.

  75. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В. Градиентные датчики теплового потока. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. 168 с.

  76. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В. Основы градиентной теплометрии. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 203 с.

  77. Исаев С.А., Баранов П.А., Гортышов Ю.Ф., Леонтьев А.И., Попов И.А., Щелчков А.В., Миронов А.А., Скрыпник А.Н. Теплообменная поверхность. Патент РФ. RU 2684303 C1, МПК F28F 3/04 (2006.01). Заявка 2018121892, 13.06.2018 опубликована 05.04.2019. Бюл. № 10.

  78. Henry F.S., Pearcey H.H. Numerical model of boundary layer control using air-jet generated vortices // AIAA J. 1994. V. 32. № 12. P. 2415–2425.

  79. Isaev S.A., Leontiev A.I., Mityakov A.V., Pyshnyi I.A., Usachov A.E. Intensification of tornado turbulent heat exchange in asymmetric holes on a plane wall // J. Eng. Physics and Thermophysics. 2003. V. 76. № 2. P. 266–270.

  80. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Baranov P.A. Simulation tornado-like enhancement of heat transfer for low-velocity motion of air in a rectangular channel with cavities. Part 1: Selection and justification of calculation methods // Therm. Eng. 2007. V. 54. № 3. P. 193–199.

  81. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Baranov P.A. Simulation tornado-like enhancement of heat transfer for low-velocity motion of air in a rectangular channel with cavities. Part 2: Results of parametric studies // Therm. Eng. 2007. V. 54. № 8. P. 655–663.

  82. Isaev S.A., Leontiev A.I. Problems of simulating tornado-like heat transfer turbulent flow past a dimpled relief on a narrow channel wall // J. Eng. Physics and Thermophys. 2010. V. 83. № 4. P. 783–793.

  83. Turnow J., Kornev N., Isaev S., Hassel E. Vortex mechanism of heat transfer enhancement in a channel with spherical and oval dimples // Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung. 2011. V. 47. № 3. P. 301–311.

  84. Isaev S.A., Leontiev A.I., Kornev N.V., Hassel E., Chudnovskii Ja.P. Heat transfer intensification for laminar and turbulent flows in a narrow channel with one-row oval dimples // High Temp. 2015. V. 53. № 3. P. 375–386.

  85. Воропаев Г.А., Воскобойник А.В., Воскобойник В.А., Исаев С.А. Визуализация ламинарного обтекания овальной лунки // Прикладная гидромеханика. 2009. Т. 11. № 4. С. 31–46.

  86. Isaev S.A., Leontiev A.I., Gul’tsova M.E., Popov I.A. Transformation and intensification of tornado-like flow in a narrow channel during elongation of an oval dimple with constant area // Tech. Phys. Lett. 2015. V. 41. № 6. P. 606–609.

  87. Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., Gortyshov Yu.F., Baranov P.A., Popov I.A. Tornado-like heat transfer enhancement in the narrow plane-parallel channel with the oval-trench dimple of fixed depth and spot area // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2017. V. 109. P. 40–62.

  88. Isaev S., Leontiev A., Chudnovsky Y., Popov I. Vortex heat transfer enhancement in narrow channels with a single oval-trench dimple oriented at different angles to the flow // J. Enhanced Heat Transfer. 2018. V. 25. № 6. P. 579–604.

  89. Isaev S., Leontiev A., Chudnovsky Y., Nikushchenko D., Popov I., Sudakov A. Simulation of vortex heat transfer enhancement in the turbulent water flow in the narrow plane-parallel channel with an inclined oval-trench dimple of fixed depth and spot area // Energies. 2019. V. 12. P. 1296-1–24.

  90. Isaev S., Gritckevich M., Leontiev A., 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.

  91. Isaev S.A., Gritckevich M.S., Leontiev A.I., Popov I.A., Sudakov A.G. Anomalous intensification of a turbulent separated flow in inclined, single-row, oval-trench dimples on the wall of a narrow channel // High Temp. 2019. V. 57. № 5. P. 771–774.

  92. 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.

  93. Isaev S.A., Gritskevich M.S., Leontiev A.I., Milman O.O., Nikushchenko D.V. Turbulent flow acceleration and abnormal intensification of separated flow in the channel with a dense arrangement of inclined single-row oval-trench dimples // Thermophysics and Aeromechanics. 2019. V. 26. № 5. P. 697–702.

  94. Isaev S.A. Thermal-hydrodynamic design of energy-efficient surfaces with inclined oval-trench vortex generators // J. Phys. Conf. Series. 2019. V. 1359. P. 012002.

  95. 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. № 1. P. 151–159.

  96. Isaev S.A., Chulyunin A.Yu., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G., Usachov A.E. Analysis of the anomalous intensification of a separate flow and heat transfer in a stabilized section of a narrow channel with single-row, inclined, oval-trench dimples with the use of various grids and turbulence models // High Temp. 2021. V. 59. № 1. P. 106–114.

  97. Isaev S.A., Baranov P.A., Leontiev A.I., Popov I.A. Intensification of a laminar flow in a narrow microchannel with single-row inclined oval-trench dimples // Tech. Phys. Letters. 2018. V. 44. № 5. P. 398–400.

  98. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Mil’man O.O., Sudakov A.G., Usachov A.E., Gul’tsova M.E. Intensification of heat exchange in laminar vortex air flow in a narrow channel with a row of inclined oval trenches // J. Eng. Physics and Thermophysics. 2018. V. 91. № 4. P. 963–974.

  99. Isaev S.A., Leontiev A.I., Milman O.O., Popov I.A., Sudakov A.G. Influence of the depth of single-row oval-trench dimples inclined to laminar air flow on heat transfer enhancement in a narrow micro-channel // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2019. V. 134. P. 338–358.

  100. Isaev S.A., Mazo A.B., Nikushchenko D.V., Popov I.A., Sudakov A.G. The influence of the angle of inclination of single-row oval-trench dimples in the stabilized hydrodynamic section of a narrow channel on the anomalous intensification of the separated turbulent flow // Tech. Phys. Letters. 2020. V. 46. № 11. P. 1064–1067.

  101. Isaev S.A., Son E.E., Leontiev A.I., Popov I.A., Nikushchenko D.V. Heat transfer enhancement by surface vortex generators. New basic mechanisms and industrial technologies // The Third Conference “Problems of Thermal Physics and Power Engineering”. J. Phys. Conf. Series. 2020. V. 1683. P. 022084.

  102. Isaev S., Lebiga V., Sudakov A., Nikushchenko D., Miau J.J., Chung K.M., Zinovyev V. Structures control with the use of the throttling effect, vortex cells and surface generators – inclined oval-trench dimples // AIP Conf. Proc. 2021. V. 2351. P. 020002.

  103. Isaev S.A., Leontiev A.I., Nikushchenko D.V., Son E.E. Abnormal separated flow intensification and heat transfer enhancement in single-row inclined oval-trench dimples on the narrow channel wall // J. Phys. Conf. Series. 2021. V. 1891. P. 012024.

  104. Isaev S.A., Leontiev A.I., Milman O.O., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G. The effect of anomalous intensification of the separated flow and vortex heat transfer in an inclined oval-trench dimple and the construction of energy-efficient well-structured surfaces // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2211. P. 020003.

  105. Isaev S., Leontiev A., Milman O., Nikushchenko D., Egorova A. Energy-efficient surface of air capacitors with inclined single-row oval-trench dimples and protrusions // J. Phys. Conf. Series. 2020. V. 1565. P. 012001.

  106. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Мильман О.О., Никущенко Д.В., Попов И.А. Энергоэффективные поверхности с многорядными наклонными овально-траншейными лунками для воздушных конденсаторов // Изв. РАН. Энергетика. 2020. № 4. С. 3–10.

  107. Isaev S.A., Popov I.A., Mikheev N.I., Guvernyuk S.V., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G. Promising dimple technologies of vortex heat and mass transfer enhancement in energy and microelectronics // J. Phys. Conf. Ser. 2020. V. 1675. P. 012004.

  108. Isaev S.A., Son E.E., Leontiev A.I., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G. Effective heat transfer surfaces of tubes and plates with spiral vortex generators – inclined oval-trench dimples // J. Phys. Conf. Series. 2020. V. 1677. P. 012013.

  109. Isaev S.A., Guvernyuk S.V., Mikheev N.I., Popov I.A., Nikushchenko D.V. Numerical and experimental study of abnormal enhancement of separated turbulent flow and heat transfer in inclined oval-trench dimples on the plate and on the narrow channel wall // J. Phys. Conf. Series. 2021. V. 2039. P. 012009.

  110. Зубин М.А., Зубков А.Ф. Структура отрывного обтекания цилиндрической каверны на стенке плоского канала // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 1. С. 81–89.

  111. Isaev S.A., Popov I.A., Mikheev N.I., Guvernyuk S.V., Zubin M.A., Nikushchenko D.V., Sudakov A.G. Vortex heat transfer enhancement in the separated flow near structured dimpled surfaces // J. Phys. Conf. Series. 2021. V. 2057. P. 012002.

  112. Mironov A., Isaev S., Skrypnik A., Popov I. Numerical and physical simulation of heat transfer enhancement using oval dimple vortex generators – Review and recommendations // Energies. 2020. V. 13. P. 5243.

  113. Миронов А.А., Исаев С.А., Скрыпник А.Н., Попов И.А., Гортышов Ю.Ф. Физическое моделирование теплогидравлических характеристик каналов с овально-траншейными вихрегенераторами // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 9. С. 386–402.

  114. Isaev S.A., Leontiev A.I., Nikushchenko D.V., Kong D., Chung K.M., Sudakov A.G. Vortex heat transfer enhancement by energy-efficient structured plates with zigzag grooves for micro- and macro-scale energy and electronic devices // TPEAC 2021. Journal of Phys.: Conf. Ser. 2022. V. 2150. P. 012004.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал