Решение задачи конвективного теплообмена в винтовой системе координат
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.2.14Ключевые слова:
криволинейная система координат, дифференциальные уравнения сохранения, гидродинамика, теплообмен, жидкие металлыАннотация
Задачи гидродинамики и теплообмена в каналах с винтовым течением среды предлагается решать в винтовой системе координат. В частности, подобная задача рассматривается здесь для подъемного течения жидкого металла в обогреваемом кольцевом канале с винтовым ребром. Задача имеет отношение к теплообмену при обтекании тепловыделяющего элемента в активной зоне ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем. В работе на языке тензорного анализа представлен вывод дифференциальных уравнений сохранения массы, импульса и энергии применительно к среде жидкого металла в криволинейных (винтовых) координатах. За основу взяты хорошо известные уравнения в цилиндрической системе, в которые предлагается добавить дополнительные члены, необходимые для перехода к винтовым координатам. Метод численного расчета в винтовой системе координат в значительной степени упрощает описание геометрии задачи, построение расчетной сетки, запись граничных условий, представление и последующую обработку результатов. В соответствии с предложенной методикой получены поля скорости, давления и температуры при турбулентном течении жидкого металла в кольцевом канале с винтовым ребром. Сравниваются данные двух вариантов определения теплообмена: в канале с прямым ребром и в канале с закрученным (винтовым) ребром. Проведенные исследования показывают существенное влияние закрутки ребра на характеристики течения и теплоотдачи. Наличие зазора между ребром и внешней трубой усиливает эффекты закрутки.
Скачивания
Библиографические ссылки
Захаров А.Г., Листратов Я.И. Численное моделирование турбулентного течения и теплообмена жидкометаллического теплоносителя в кольцевом канале с закрученной лентой // Тепловые процессы в технике. –2017. – Т. 9, № 7. – С. 290-296.
Беляев И.А., Генин Л.Г., Крылов С.Г., Новиков А.О., Разуванов Н.Г., Свиридов В.Г. Экспериментальные исследования теплоотдачи и полей температуры в моделях, имитирующих тепловыделяющие сборки активной зоны ядерного реактора с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем // Теплоэнергетика. – 2015. – № 9. – С. 34-40. DOI
Токарев Ю.Н. Уравнения теплообмена закрученных потоков в полярно-спиральных координатах // Вестник МЭИ. – 2004. – № 5. – C. 115-117.
Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах с завихрителями (аналитический обзор) // ТВТ. – 2003. – Т.41, № 4. – С. 587-633.
Бессонова М.П., Пономарева М.А., Якутенок В.А. Расчет течения степенной жидкости в одношнековом экструдере // Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. – 2017. – № 49. – С. 81-93. DOI
Kelbin О., Cheviakov A.F., Oberlack M. New conservation laws of helically symmetric, plane and rotationally symmetric viscous and inviscid flows // J. Fluid Mech. – 2013. – Vol. 721. – P. 340-366. DOI
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа. – 2003. – 840 с.
Борисенко А. И., Тарапов И.Е. Векторный анализ и начала тензорного исчисления. – М.: Высшая школа, 1966. – 252 с.
Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1 .– СПб.: Лань, 2004. – 528 с.
Артемов В.И., Яньков Г.Г., Карпов В.Е., Макаров М.В. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена в элементах теплотехнического и энергетического оборудования // Теплоэнергетика. – 2000. – № – C. 52-59.
Поддубный И.И., Разуванов Н.Г. Исследование гидродинамики и теплообмена при опускном течении жидкого металла в канале прямоугольного сечения в компланарном магнитном поле // Теплоэнергетика. – 2016. – -№ 2. – с. 13-21. DOI
###
Zaharov A.G., Listratov Ya.I. Chislennoe modelirovanie turbulentnogo techeniia i teploobmena jidkometallicheskogo teplonositelia v kolicevom kanale s zakruchennoi lentoi [Liquid metal coolant turbulent flow and heat transfer numerical simulation in a ring channel with a twisted band]. Teplovie processi v tehnike, 2017, vol. 9, no. 7, pp. 290-296.
Belyaev I.A., Razuvanov N.G., Genin L.G., Krylov S.G., Novikov A.O., Sviridov V.G. Experimental investigations of heat transfer and temperature fields in models simulating fuel assemblies used in the core of a nuclear reactor with a liquid heavy-metal coolant. Thermal Engineering, 2015, vol. 62, no. 9, pp. 645-651. DOI
Tokarev Yu.N. Uravneniya teploobmena zakruchennykh potokov v polyarno-spiral’nykh koordinatakh [Equations of heat transfer of swirling flows in polar-helical coordinates]. Vestnik MEI, 2004, no. 5, pp. 115-117.
Mitrofanova O.V. Hydrodynamics and heat transfer in swirling flows in channels with swirlers (analytical review). High Temperature, 2003, vol. 41, no. 4, pp. 518-559. DOI
Bessonova М.P., Ponomareva M.A., Yakutenok V.A.Rastchet tetcheniya stepennoy gidkosti v odoschnekovom ekstrudere [Calculation of power fluid flow in a single screw extruder] Vestnik Gos. Un-ta. Matematika i mehanika, 2017,no 49. pp. 81-94.
Kelbin О., Cheviakov A.F., Oberlack M. New conservation laws of helically symmetric, plane and rotationally symmetric viscous and inviscid flows/ Fluid Mech., 2013,vol. 721, pp. 340-366. DOI
Loicianskii L.G. Mehanika gidkosti i gaza. [Fluid and gas mechanics] Moscow: Drofa,vol. 1, 2003. 840 p.
Borisenko A. I., Tarapov I. Е. Vektornyi analis i nachala tenzornogo ischisleniia [Vector analysis and tensor calculus starts]. Moscow, Vysschaia schkola, 1966. 252 p.
Sedov L.I. Mehanika cploschnoi sredy [Continuum mechanics]. , Lani, 2004, 528 p.
Artemov V.I., Ianikov G.G., Karpov V.E., Makarov M.V. Chislennoe modelirovanie processov teplo i massoobmena v elementah teplotehnicheskogo i energeticheskogo oboryudovaniia [Numerical modeling of heat and mass transfer processes in elements of heat engineering and power equipment] Teploenergetika, 2000, no. 7, pp.52-59.
Poddubnyi I.I., Razuvanov N.G. Issledovanie gidrodinamiki i teploobmena pri opusknom techenii gidkogo metalla v kanale priamougolinogo secheniia [Investigation of hydrodynamics and heat exchange in the case of the liquid metal in the channel of rectangular cross-section in the coplanar magnetic field]. Teploenergetika, 2016, no 2, pp. 13-21. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
