Численный анализ влияния относительного продольного и поперечного шагов на характеристики потока шахматного пучка труб каплевидной формы

Аннотация

Приведены результаты исследования гидродинамических характеристик пучка труб каплевидной формы с использованием программного пакета ANSYS Fluent при различных относительных продольных и поперечных шагах (18 случаев). Исследование охватывает влияние основных проектных параметров: числа Рейнольдса (1,78--18,72) · 10³, относительного продольного шага 1,44--2,04, относительного поперечного шага 1,24--1,82. Результаты настоящего исследования показывают, что коэффициент гидродинамического сопротивления уменьшается с увеличением числа Рейнольдса. При постоянном относительном продольном шаге минимальное значение коэффициента гидродинамического сопротивления варьируется в зависимости от числа Рейнольдса и относительного поперечного шага. Установлено, что минимальные значения коэффициента гидродинамического сопротивления достигаются для значения относительного продольного шага 1,24 и значения относительного поперечного шага 1,44 при Re = 1,78 · 10³ и для значений относительного продольного и поперечного шагов 1,64 при Re > 1,78 · 10³. Предложена зависимость, с использованием которой можно определить коэффициент гидродинамического сопротивления для рассматриваемых пучков каплевидных труб

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Дееб Р. Численный анализ влияния относительного продольного и поперечного шагов на характеристики потока шахматного пучка труб каплевидной формы. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 1 (106), с. 95--116. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-1-95-116

Литература

[1] Дееб Р. Обобщение и анализ результатов последних исследований в области улучшения характеристик теплообмена и гидродинамики при поперечном обтекании гладких труб. Тепловые процессы в технике, 2021, т. 13, № 2, с. 50--69. DOI: https://doi.org/10.34759/tpt-2021-13-2-50-69

[2] Wang J., Zheng H., Tian Z. Numerical simulation with a TVD--FVM method for circular cylinder wake control by a fairing. J. Fluids Struct., 2015, vol. 57, pp. 15--31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2015.05.008

[3] Horvat A., Leskovar M., Mavko B. Comparison of heat transfer conditions in tube bundle cross-flow for different tube shapes. Int. J. Heat Mass Transf., 2006, vol. 49, iss. 5-6, pp. 1027--1038. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.09.030

[4] Mohanty R.L., Swain A., Das M.K. Thermal performance of mixed tube bundle composed of circular and elliptical tubes. Therm. Sci. Eng. Prog., 2018, vol. 5, pp. 492--505. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.02.009

[5] Deeb R. Experimental and numerical investigation of the effect of angle of attack on air flow characteristics around drop-shaped tube. Phys. Fluids, 2021, vol. 33, iss. 6, art. 065110. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0053040

[6] Deeb R. The effect of angle of attack on heat transfer characteristics of drop-shaped tube. Int. J. Heat Mass Transf., 2022, vol. 183, part B, art. 122115. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122115

[7] Антуфьев В.М., Белецкий Г.С. Теплоотдача и аэродинамические сопротивления зубчатых поверхностей в поперечном потоке. М., Машгиз, 1948.

[8] Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. М., Л., Энергия, 1966.

[9] Кэйс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. М., Госэнергоиздат, 1962.

[10] Brauer H. Verein Grosskesselbesitzer. Mitt, 1961, vol. 73, pp. 260--276.

[11] Lavasani A.M., Bayat H. Experimental study of convective heat transfer from in-line cam shaped tube bank in crossflow. Appl. Therm. Eng., 2014, vol. 65, iss. 1-2, pp. 85--93. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.12.078

[12] Sayed A.S., Mesalhy O., Khass T., et al. Parametric study of air-cooling process via water cooled bundle of wing-shaped tubes. EIJST, 2012, vol. 15, no. 3, pp. 167--179. DOI: https://doi.org/10.21608/eijest.2012.96756

[13] Жукова Ю.В., Терех А.М., Руденко А.И. Конвективный теплообмен и аэродинамическое сопротивление двух расположенных бок о бок труб в узком канале при различных числах Рейнольдса. Доклады Национальной академии наук Беларуси, 2018, т. 62, № 6, с. 756--762. DOI: https://doi.org/10.29235/1561-8323-2018-62-6-756-762

[14] Deeb R., Sidenkov D.V., Salokhin V.I. Numerical investigation of thermal-hydraulic performance of circular and non-circular tubes in cross-flow. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2021, no. 2 (95), pp. 102--117. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-2-102-117

[15] Дееб Р. Экспериментальное и численное исследование влияния угла атаки на характеристики воздушного потока при обтекании одиночной каплевидной трубы. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2021, т. 22, № 2, с. 53--67. DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.22.2.932

[16] Дееб Р., Колотвин А.В. Численное исследование и сравнение теплообмена и гидродинамики коридорного пучка труб круглой и каплевидной формы. Труды Академэнерго, 2020, № 3, с. 42--59. DOI: https://doi.org/10.34129/2070-4755-2020-60-3-42-59

[17] Дееб Р. Влияние угла атаки на теплообменные и гидродинамические характеристики шахматного пучка труб каплевидной формы в поперечном обтекании. Доклады АН ВШ РФ, 2020, т. 48, № 3, с. 21--36. DOI: https://doi.org/10.17212/1727-2769-2020-3-21-36

[18] Sayed Ahmed S.E., Ibrahiem E.Z., Mesalhy O.M., et al. Effect of attack and cone angles on air flow characteristics for staggered wing shaped tubes bundle. Heat Mass Transf., 2015, vol. 51, no. 7, pp. 1001--1016. DOI: https://doi.org/10.1007/s00231-014-1473-3

[19] ANSYS Fluent reference guide. Release 16.0. ANSYS, 2015.

[20] Zukaukas A. Heat transfer from tubes in cross-flow. Adv. Heat Transf., 1972, vol. 8, pp. 93--160. DOI: https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70038-8

[21] Волков К.Н. Моделирование крупных вихрей взаимодействия круглой турбулентной струи с преградой. Математическое моделирование, 2007, т. 19, № 2, с. 3--22.

[22] Zadrazil I., Bismarck A., Hewitt G.F., et al. Shear layers in the turbulent pipe flow of drag reducing polymer solutions. Chem. Eng. Sci., 2012, vol. 72, pp. 142--154. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2011.12.044