1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 4, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 4, стр. 71-81

Одномерная модель гидродинамики и теплообмена при пленочном течении на проницаемой поверхности

А. П. Солодов *

Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

* E-mail: solodovap@mpei.ru

Поступила в редакцию 10.08.2023
После доработки 04.10.2023
Принята к публикации 01.11.2023

Аннотация

Методом численного моделирования решена задача трения и теплообмена при пленочных ламинарных, переходных и турбулентных течениях вдоль твердых проницаемых поверхностей. Используется современная версия модели турбулентности Колмогорова ‒ Прандтля с одним дифференциальным уравнением сохранения (уравнением турбулентной энергии), чтобы получить компактное математическое описание, ориентированное на инженерные приложения в энергетике и других теплотехнологиях. Математическая модель представлена системой обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка для распределений по толщине пленки скорости течения, напряжений трения, температуры, турбулентной энергии и плотности потока. Обсуждена проблема сингулярности математического описания на твердой стенке. Получены актуальные интегральные гидродинамические и тепловые характеристики пленочных течений, такие как число Рейнольдса пленки и число Стантона. Установлены актуальные для инженерных приложений функциональные зависимости между безразмерными параметрами, в том числе для специальных режимов пленочных течений с рециркуляцией и поперечным потоком массы на проницаемых конструкционных поверхностях. Числа Рейнольдса пленки и Стантона определены как функции безразмерных параметров, при которых задаются относительные значения толщины пленки, действующих сил и поперечного потока массы. Полученные зависимости могут применяться при конструировании и оптимизации конденсационных и парогенерирующих устройств в энергетике, создании установок испарительного охлаждения высоконапряженных элементов конструкций в газотурбинной и ракетной технике, моделировании гидравлической шероховатости, в технологиях тонкопленочных материалов.

Ключевые слова: теплообмен, гидродинамика, пленочные течения, турбулентные пленочные течения, модель турбулентности Колмогорова ‒ Прандтля, проницаемая поверхность, пористая поверхность, поперечный поток массы

Список литературы

  1. Горпиняк М.С., Солодов А.П. Конденсация парогазовой смеси в трубах // Теплоэнергетика. 2019. № 6. С. 17–26. https://doi.org/10.1134/S0040363619060031

  2. Solodov A.P., Sidenkov D.V., Kutakov I.I. Physical and mathematical model, algorithm and program for computation of heat mass transfer and resistance in steam condensation in inclined tubes // Proc. of the Engineering. Foundation Conf. on Condensation and Condenser Design. St. Augustine, Florida, 2–7 March 1993. P. 569–580.

  3. De Santi G.F., Mayinger F. Steam condensation and liquid holdup in steam generator U-tubes during oscillatory natural circulation // Exp. Heat Transfer. 1993. V. 6. P. 367–387. https://doi.org/10.1080/08916159308946465

  4. Solodov A.P. Phase interface perturbations in phase transitions // High Temperature. 2017. V. 55. No. 2. P. 253–262. https://doi.org/10.1134/S0018151X17020195

  5. Rahman M., Lampinen M., Siikonen T. An improved k‑equation turbulence model // J. Energy Power Eng. 2014. V. 8. No. 11. P. 1895–1907.

  6. Гогонин И.И. Тонкопленочные парогенераторы бинарных геотермальных электростанций // Холодильная техника. 2022. Т. 111. № 2. С. 273–288.

  7. http://murasun.me.noda.tus.ac.jp/turbulence/

  8. Solodov A.P. Film flows with recirculation: hydrodynamics and heat transfer // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1683. No. 2. P. 022001. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/2/022001

  9. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

  10. Review of advanced effusive cooling for gas turbine blades / W. Wang, Y. Yan, Y. Zhou, J. Cui // Energies. 2022. V. 22. No. 15. P. 8568. https://doi.org/10.3390/en15228568

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал