Исследование методом численного моделирования интенсификации теплообмена при наложении пульсаций расхода на ламинарное течение в каналах

Имеющиеся экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что при наложении пульсаций расхода на течение в канале в некоторых режимах наблюдается увеличение коэффициента теплоотдачи. Таким образом, используя пульсирующее течение, можно повысить энергоэффективность тепло-массообменного оборудования. Для турбулентного течения, как следует из результатов наших расчетно-теоретических работ, выполненных на рубеже XIXXX веков, подобная интенсификация нецелесообразна. Во-первых, эффект от нее не слишком существенен, а вовторых - реализация пульсирующего турбулентного течения требует значительных затрат мощности на прокачку жидкости. Целесообразным является изучение ламинарного пульсирующего течения. Ламинарный режим осуществляется во многих технических устройствах, например в планарных теплообменных аппаратах, состоящих из щелевых микроканалов. Они могут применяться для охлаждения элементов электронной аппаратуры, криогенных установок, химических реакторов, ядерных энергетических установок, в авиационной и ракетно-космической технике. Такие теплообменники обладают высоким коэффициентом компактности и большими значениями коэффициента теплопередачи. Еще большего увеличения теплоотдачи можно ожидать при наложении пульсаций расхода. Научная новизна предлагаемого проекта состоит в получении путем численного моделирования новых, отсутствующих в настоящее время, данных о влиянии тепловых граничных условий на теплоотдачу при пульсирующем течении, установлении области значений режимных параметров, в которой наблюдается максимальное увеличение теплоотдачи. В современных расчетно-теоретических работах других авторов лишь декларируется возможность увеличения теплоотдачи, основанная на аналогии данных по гидродинамике развитого пульсирующего течения (достаточно хорошо исследованы) и теплообмену (не всегда обоснованной, что также показано в наших работах). В наших работах указанная возможность доказывается расчетным путем. В настоящее время для CDF моделирования авторы, как правило, пользуются имеющимися стандартными пакетами прикладных программ, насчитывают режимы, не вникая в физическую сущность рассматриваемых процессов. В наших работах применяется другой подход, заключающийся прежде всего в предварительном анализе закономерностей пульсирующего течения и прогнозировании влияния режимных параметров на процесс конвективного теплообмена. Особенностью расчетов является проведение вычислений теплообмена для высоких относительных амплитуд колебаний расхода, превышающих единицу. Подобные расчеты другими авторами не проводились. Одной из проблем расчета теплообмена при пульсирующем с высокими амплитудами колебаний течении является задание граничных условий, обеспечивающих корректную постановку дифференциально-краевой задачи и разработку устойчивой, сходящейся численной схемы для ее решения. Следует отметить, что стандартные пакеты прикладных программ, часто используемых для CFD моделирования, для данного случая не существуют. Поэтому для реализации предложенного проекта необходимо разработать оригинальные компьютерные программы.