ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 87 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью Сиддханатх Нишандар 1, a, Ашок Пайс 1, b, Прамодкумар Багаде 2, c, * 1 Кафедра машиностроения, Государственный инженерный колледж Карада, Университет Шиваджи, Колхапур, Махараштра, 445414, Индия 2 Кафедра машиностроения, Инженерно-исследовательский колледж имени Бхиварабаи Саванта (BSCOER) Общества технической и социальной научной миссии (TSSM), Нархе, Пуна, Махараштра, 445414, Индия a https://orcid.org/0000-0001-6190-3412, siddhant.nishandar04@gmail.com; b https://orcid.org/0009-0003-0276-8996, ashokpise@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0002-4069-1542, pramodbagade@gmail.com Obrabotka metallov - Metal Working and Material Science Journal homepage: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science. 2025 vol. 27 no. 3 pp. 87–107 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-87-107 ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 536.25:621.176.3 История статьи: Поступила: 23 июня 2025 Рецензирование: 04 июля 2025 Принята к печати: 10 июля 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Интенсификация теплообмена Шероховатость поверхности Турбулентная кинетическая энергия (ТКЕ) Пульсирующий поток Турбулентный поток Число Нуссельта (Nu) АННОТАЦИЯ Введение. Эффективный теплообмен (HT) играет важную роль в широком спектре технических приложений, включая системы теплоэнергетики, процессы химической промышленности, энергетическое оборудование и системы HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха). Повышение эффективности теплообмена в трубах круглого сечения является актуальной задачей, особенно в контексте разработки методов, направленных на интенсификацию турбулентности и модификацию структуры пристенных термических пограничных слоев. Цель работы. Данная работа посвящена комплексному исследованию влияния искусственной шероховатости поверхности труб круглого сечения на интенсификацию конвективного теплообмена. В рамках исследования оценивается влияние шероховатости поверхности, пульсаций потока, числа Рейнольдса (Re) и теплового потока (Q) на теплообменные характеристики. Методы исследования. Для анализа термогидродинамических процессов в трубе применялся комбинированный подход, включающий экспериментальные исследования и методы вычислительной гидродинамики (CFD). Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях. CFD-моделирование использовалось для детального изучения распределений температуры, полей скорости и давления, турбулентной кинетической энергии (TKE), вихревых структур, коэффициента турбулентной вязкости, локального коэффициента теплоотдачи (h) и числа Нуссельта (Nu). С целью интенсификации теплообмена изучалось воздействие синусоидальных пульсаций, накладываемых на входной и выходной потоки, с варьированием частоты (f) и амплитуды (A) колебаний в диапазоне турбулентного режима течения (6753 ≤ Re ≤ 31 000). Результаты и обсуждение. Установлено, что шероховатость поверхности приводит к увеличению интенсивности теплообмена за счет генерации дополнительной турбулентности и дестабилизации термического пограничного слоя. Подтверждена значимая роль турбулентной кинетической энергии (TKE) в интенсификации теплообмена, проявляющаяся в корреляции между повышенными значениями TKE и увеличением коэффициента теплоотдачи. Показано, что применение пульсаций потока позволяет дополнительно увеличить эффективность теплообмена: введение пульсаций на выходе приводит к увеличению числа Nu на 20–22 %, а на входе – на 16–19 % относительно базового случая (без пульсаций). Полученные результаты демонстрируют перспективность комбинированного использования шероховатой поверхности и контролируемых пульсаций потока для оптимизации процессов теплопередачи. Данный подход может быть эффективно применен при проектировании компактных и высокоэффективных теплообменных аппаратов для различных отраслей промышленности. Для цитирования: Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 87–107. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-87-107. ______ *Адрес для переписки Багаде Прамодкумар М., к.т.н., профессор Кафедра машиностроения, Инженерно-исследовательский колледж им. Бхиварабаи Саванта (BSCOER) Общества технической и социальной научной миссии (TSSM), Нархе, Пуна, 445414, Махараштра, Индия Тел.: +91 9075279575, e-mail: pramodbagade@gmail.com Введение Для повышения эффективности теплообменников при одновременной минимизации их размеров и эксплуатационных расходов активно изучается широкий спектр методов интенсификации теплообмена. Эти методы традиционно подразделяются на пассивные и активные. Пассивные методы, такие как использование
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1