В данной статье на основе математического моделирования проанализирован теплообмен в шахматном пучке труб в условиях стационарного и пульсационного потока. Численное исследование проводилось для пучков труб при числе продольных рядов 5, 10 и 15. Число Рейнольдса Re и число Прандтля Pr соответствовали 3400 и 3 соответственно. Пульсации потока имели симметричный и несимметричный возвратно-поступательный характер. Влияние пульсаций оценивалось с помощью произведения относительной безразмерной амплитуды пульсаций и числа Струхаля A/DSh, которое принимало значения 0,1, 0,25 и 0,4. Численное исследование проводилось с помощью Ansys Fluent. Гидродинамика потока в пучке труб описывалась с помощью осредненных по Рейнольдсу нестационарных уравнений Навье-Стокса. По результатам математического моделирования установлено, что влияние пульсаций на теплообмен пучка труб различно в зависимости от числа продольных рядов. Показано, что увеличение числа рядов приводит к уменьшению прироста числа Нуссельта в пульсационном течении по сравнению со стационарным потоком. Установлено что теплогидравлическая эффективность возрастает с увеличением числа рядов. Показано, что несимметричные пульсации эффективней симметричных для интенсификации теплообмена при учете энергетических затрат.

Ключевые слова: интенсификация теплообмена, шахматных пучок труб, теплообмен, математическое моделирование, пульсации потока

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

В данной статье рассмотрен вопрос выбора модели турбулентности при прогнозировании теплоотдачи в пучках труб с учётом двухмерной и трёхмерной постановки. Численное исследование проводилось для коридорного и шахматного пучка труб с помощью программного продукта Ansys Fluent c тремя RANS моделями турбулентности (k-ω SST, RSM EWT и RNG k-ε) и ламинарным решателем. Длина трубок l при трехмерной постановке соответствовала 0,5D и 3D при фиксированном диаметре трубок D. Число Рейнольдса Re находилось в диапазоне от 100 до 2900. Результаты показали, что выбор модели турбулентности влияет на качественную картину течения в пучках труб, при этом независимо от выбора модели турбулентности в течении преобладают двухмерные структуры. Поэтому длина трубок пучка практически не оказывает влияние на способность предсказывать интенсивность теплообмена. Показано, что при использовании ламинарного решателя влияние длины трубок пучка может быть значительно в зависимости от Re и компоновки пучка. Экспериментальные данные согласуются с результатами расчета для моделей RSM EWT и RNG k-ε EWT. Для шахматного пучка при выборе k-ω SST модели наблюдается удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными, при этом теплоотдача коридорного пучка существенно ниже. Использование ламинарного решателя в стационарной постановке оправдано для выраженного ламинарного течения, при Re < 1000 c дальнейшим увеличением Re необходимо использовать нестационарную постановку с достаточным временным и пространственным разрешением.

Ключевые слова: конвективный теплообмен, коридорный пучок труб, шахматный пучок труб, компьютерное моделирование, моделирование турбулентности

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Работа посвящена исследованию распределения температур и эквивалентного напряжения на поверхности приемника теплового излучения в ходе экспериментальных и расчетных серий. Эксперименты показали качественное и количественное совпадение температурных данных, полученных тепловизионной съемкой, с результатами численного моделирования. Средняя погрешность составила 0.5℃, с максимальным отклонением в 1.5℃ в отдельных точках, что связано с краевыми эффектами и особенностями теплоизоляции. Расчетная модель воспроизводит основные характеристики температурного поля, включая влияние экранирования, при использовании сравнительно низкой плотности расчетной сетки. В рамках верификации численной модели был проведен анализ сеточной сходимости, а также выполнялся контроль невязок и контроль параметров решения.

Ключевые слова: теплоутилизатор, численно-аналитический расчет, конвективный и лучистый теплообмен, повышение эффективности, уходящий дымовой газ, рекуперация теплоты, газожидкостный теплообменник, численное моделирование, математическая модель, программное обеспечение

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Рассматривается обратная задача идентификации коэффициента теплопроводности конечного функционально-градиентного цилиндра. Прямая задача о нахождении распределения температуры в различные моменты времени при известных граничных условиях и коэффициенте теплопроводности формулируется в слабой постановке и решается в конечно-элементном пакете FreeFem++. Исследовано влияние различных двумерных степенных законов коэффициента теплопроводности на температуру внешней поверхности цилиндра. Для решения обратной задачи построена проекционно-итерационная схема. Коэффициент теплопроводности представлен в виде суммы начального приближения и функции-поправки, заданной в виде разложения по системе полиномов. На каждом этапе итерационного процесса вычисляются коэффициенты разложения из решения системы алгебраических уравнений, полученной при алгебраизации операторного уравнения. Представлены результаты идентификации различных двумерных законов изменения коэффициента теплопроводности.

Ключевые слова: функционально-градиентный конечный цилиндр, конечно-элементный пакет FreeFem++, идентификация, коэффициент теплопроводности, обратная задача, итерационно-проекционный подход, операторное уравнение

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Радиационное охлаждение — это инновационная и весьма многообещающая технология пассивного охлаждения, позволяя поверхностям рассеивать тепло посредством инфракрасного излучения непосредственно в холодное космическое пространство. В отличие от традиционных методов охлаждения, требующих внешнего источника энергии, радиационное охлаждение работает автономно, предлагая устойчивую и энергоэффективную альтернативу по регулированию температуры. Этот естественный процесс привлек значительное внимание в последние годы из-за его способности смягчать растущие потребности в энергии, связанные с кондиционированием воздуха и охлаждением, которые вносят существенный вклад в глобальное потребление энергии и деградацию окружающей среды.

Ключевые слова: радиационное охлаждение, температура, атмосферное окно, кондиционирование, энергоэффективность, пассивное охлаждение, карбонат кальция, сульфид бария, нитрид бора, диоксид титана

1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника , 2.1.5 - Строительные материалы и изделия

Путем численного моделирования проведено исследование теплообмена и гидродинамики в пластинчатых теплообменниках с гофрированными ребрами, при этом высота профиля гофры варьировалась от 2 до 4 мм. Исследовано влияние высоты профиля на тепловой поток и перепад давления. Выявлено, что увеличение высоты профиля приводит к повышению теплового потока до 34,05% и перепада давления до 54,54%.

Ключевые слова: гофрированный теплообменник, система охлаждения, микроэлектроника, высота профиля, тепловой поток, перепад давления, теплообмен, гидродинамика, расчет, численное моделирование

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Путем численного моделирования проведены исследования влияния угла наклона пластин элемента регенеративного теплообменника на время нагрева и перепад давления. Исследования проведены для моделей теплообменных элементов с длинами 6 и 20 мм. В зависимости от длины элемента угол наклона пластин составлял: 10°, 20°, 30°, 40° (при L=6 мм) и 3°, 6°, 9°, 12° (при L=20 мм). На границе расчетной области задавали скорость и температуру потока воздуха, а именно: 1 и 3 м/с, 303 и 973 К. Результаты исследований показали, что увеличение угла наклона пластин способствует снижению времени нагрева регенератора на 38,56-49,1% в зависимости от длины теплообменного элемента, скорости и температуры потока воздуха.

Ключевые слова: регенерация тепла, сотовый теплообменник, численное моделирование, расчет, время нагрева, перепад давления, геометрия теплообменника, угол наклона пластин, скорость потока воздуха, температура потока воздуха

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

В данной статье рассматривается задача об определении температурного поля вблизи теплонагруженного источника в виде поля диполя. Решение данной задачи позволит выявить общие закономерности распространения температурного поля по мере удаления от источника. Что даст возможность обеспечить нормальное функционирование мощных электронных компонентов в силу обеспечения необходимой интенсивности отвода теплового потока, в основном, в непосредственной близости к теплонагруженному источнику, то есть в зоне максимальной плотности теплового потока.

Ключевые слова: численные методы, энергосбережение, теплотехника, тепловой режим аппаратуры, теплонагруженный источник, ближняя зона, численное моделирование, температурное поле, тепловые процессы, метод конечных элементов

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

В работе проводится анализ теплового режима высокофункционального бортового блока управления в корпусе из алюминиевого сплава АМг6 и сравнение полученных данных с тепловым режимом блока с высокоэффективным теплоотводом из композитных материалов. Был проведен расчёт теплового поля блока был средствами САПР, основанного на методе конечных элементов с тепловым приложением, с целью оценки его работоспособности при заданных граничных условиях. На основании сравнительного анализа различных теплоотводящих материалов базовой несущей конструкции была выбрана наименее теплонапряженная система.

Ключевые слова: тепловой режим, высокоэффективный теплоотвод, композитные материалы, бортовая аппаратура, кислородная система, метод конечных элементов, математическая модель, система автоматизированного проектирования, электрорадиоизделие, печатная плата

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Точность расчета и требуемое машинное время существенно зависит от выбора модели турбулентности. В данной статье проанализированы три модели турбулентности SST, k-w SST, и RNG k-e EWT с улучшенной пристеночной функцией применительно к коридорному пучку труб. Определено распределение теплоотдачи по глубине пучка. Получены профили скоростей в поперечных сечениях по глубине пучка труб. В результате численных исследований показано, что совпадение с экспериментальными данными для моделей SST, k-w SST, и RNG k-e EWT составило 75, 32 и 10% соответственно.

Ключевые слова: моделирование турбулентности, пучки труб, теплообмен, математическое моделирование

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника