Кафедра теплотехники и энергетического машиностроения

Теплоотдача и гидросопротивление в каналах с системами цилиндрических выемок

Исследование проведены при ламинарном, переходном и турбулентном течении воздуха (Re=ρwDг/µ=200-20000).
В работе представлены результаты экспериментального исследования интенсификации теплоотдачи в плоских каналах систем охлаждения за счет использования систем цилиндрических выемок. Эксперименты проведены в щелевом канале длиной L=196 мм (L/Dг=49, Dг — гидравлический диаметр канала), высотой H=2-2,4 мм, шириной B=98 мм с внезапным входом. Цилиндрические выемки глубиной h=1,5-7,5 мм и диаметром D=15 мм (h/D=0,1-0,5) нанесены в шахматном порядке с шагом 8 мм на нагреваемое алюминиевое основание толщиной 10 мм.

Экспериментальные данные по осредненной теплоотдаче

Экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению


Для расчета коэффициентов гидросопротивления и эффективной теплоотдачи предложены обобщающие зависимости, описывающие экспериментальные данные с отклонением не более ±10% при доверительной вероятности 0,95:
для Re=200-2000: ξ=22,5/Re0,74,
для Re=2500-2000: ξ=0,557(h/D)0,095/Re0,253, Nu=0,0164Re0,85(h/D)0,07.

В работе проведено исследование гидросопротивления и теплоотдачи в канале с нагреваемой стенкой с рельефом цилиндрических выемок с использованием новой версии пакета VP2/3. Дается анализ интенсификации теплообмена в прямоугольном канале поперечного сечения 10.2:1 с 24 цилиндрическими выемками глубиной h/D=0,2 при Re=7000-16000 при прокачке воды.
Сравнение распределений числа Нуссельта на участке нагретой стенки в гладком канале и канале с цилиндрическими выемками при Re=10000.

Влияние числа Рейнольдса на интегральные теплогидравлические характеристики.

Re 7000 10000 13000 16000
Nuo 19.4 (15.2) 25.8 (20.3) 31.4 (24.7) 36.4 (28.8)
Nuop 17.4 23.6 29.3 34.5
Nuo/ Nuopl 1.115 (0.874) 1.093 (0.860) 1.072 (0.843) 1.055 (0.835)
ζ 0.01514 0.01511 0.01472 0.01461
ζpl 0.01368 0.01279 0.01205 0.01157
ζ/ ζpl 1.107 1.181 1.222 1.263
(Nuo/Nuopl)/(ζ/ζpl) 1.007 (0.790) 0.925 (0.728) 0.877 (0.690) 0.835 (0.661)

 Полученные результаты численного исследования и результаты экспериментов показали удовлетворительное согласование по уровню интенсификации теплоотдачи и повышения гидросопротивления в канале с цилиндрическими выемками с h/D=0,2. Совместный анализ результатов численного и натурного эксперимента дал одинаковый вывод о том, что повышение теплоотдачи в основном связано с увеличением поверхности теплообмена, а не гидродинамическим воздействием на пристенное течение.