ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 88 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ оребренных труб или труб с винтовой накаткой, направлены на интенсификацию теплообмена за счет генерации турбулентности в пристеночной области, что приводит к уменьшению толщины теплового пограничного слоя и увеличению коэффициента теплоотдачи. Простота реализации и отсутствие дополнительных энергозатрат обусловили растущий интерес к пассивным методам в последние годы. Активные методы, напротив, используют внешние источники энергии, включая пульсации потока, струйное воздействие, механические вибрации и электростатические поля, для улучшения характеристик теплообмена. Значительный потенциал для интенсификации теплообмена заключается в применении пульсирующих потоков. В условиях как ламинарного, так и турбулентного режима пульсации потока могут вызывать периодическое разрушение пограничного слоя, уменьшая термическое сопротивление и повышая локальный коэффициент теплоотдачи, особенно в условиях вынужденной конвекции. Пульсирующий поток существенно влияет на силы сдвига, характеристики пограничного слоя и общее термическое сопротивление. Таким образом, исследования конвективного теплообмена в условиях пульсирующего потока представляют значительный интерес. Во многих инженерных системах встречаются естественные пульсирующие потоки: – вихревая турбулентность – хаотичные возмущения, присущие турбулентному потоку и приводящие к флуктуациям скорости и давления; – турбомашины – периодические изменения давления и скорости на лопатках компрессоров и турбин, обусловленные вращением ротора и взаимодействием потока с лопатками; – нестационарные потоки – изменения, вызванные колебаниями рабочих параметров системы. Практическое применение пульсирующих потоков: – поршневые двигатели внутреннего сгорания. Впускные и выпускные системы характеризуются периодическими изменениями потока, обусловленными циклами работы двигателя; – газотурбинные двигатели. Колебания потока, вызванные режимом помпажа; – нагнетательные насосы. Принцип работы этих насосов основан на создании пульсирующего потока; – поток воздуха, который спонтанно пульсирует, как часть человеческого дыхания. Несмотря на то что пульсирующие потоки иногда рассматриваются как источник возмущений, они могут быть использованы для интенсификации процессов – например, для улучшения смешения топлива и воздуха в камерах сгорания. Результаты исследований, представленные в литературе, неоднозначны: одни работы демонстрируют улучшение теплообмена, другие – отсутствие эффекта или даже ухудшение. На эффективность теплообмена в условиях пульсирующего потока оказывает влияние геометрия поверхности теплообмена, расположение источника пульсаций, число Рейнольдса (Re), число Прандтля (Pr), частота пульсации (f) и амплитуда пульсации (A). Описание проблемы Механизмы теплообмена в пульсирующих потоках, особенно на шероховатых поверхностях, изучены недостаточно. Существующие исследования часто ограничиваются узким диапазоном параметров и не позволяют выявить комплексное влияние различных факторов. В частности, требуются дополнительные исследования для установления взаимосвязи между расположением источника пульсаций, характеристиками шероховатости поверхности (высотой, шагом и формой неровностей), числом Рейнольдса и частотой пульсаций на структуру турбулентного потока и характеристики теплопередачи. Цели Настоящее исследование проводится со следующими целями. 1. Экспериментальное и численное исследование влияния параметров пульсирующего потока, геометрии поверхности и гидродинамических режимов на структуру потока и характеристики теплообмена. 2. Разработка эмпирических корреляций, связывающих параметры пульсирующего потока, геометрию поверхности и гидродинамические режимы с наблюдаемой динамикой потока и коэффициентом теплоотдачи. 3. Анализ влияния направления пульсации относительно поверхности теплообмена на структуру потока и характеристики теплообмена.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1