OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS 4. Сравнительный анализ характеристик теплообмена в условиях пульсирующего и стационарного потока. Область применения и значимость исследования Конвективный теплообмен является критически важным процессом для широкого спектра инженерных систем – от энергетических установок до микроэлектроники. Хотя пульсирующие потоки демонстрируют значительный потенциал для интенсификации теплообмена (ТО), наблюдается дефицит исследований, посвященных их применению в тепловых системах (в частности, в элементах трубной арматуры теплообменников). Глубокое понимание термогидродинамических характеристик пульсирующего потока является необходимым условием для повышения эффективности теплопередачи, что, в свою очередь, ведет к оптимизации энергетических характеристик оборудования. Настоящая работа направлена на устранение существующего пробела в знаниях путем детального изучения конвективного теплообмена в круглых трубах при воздействии синусоидальной пульсации потока. Акцент сделан на определении влияния параметров пульсации (амплитуды, частоты) на тепловые и гидравлические характеристики потока. В дальнейшем предполагается расширение области исследований, в том числе исследование труб различной геометрии и несинусоидальных законов пульсации, не охваченных в данной работе. Теплообмен при пульсирующем потоке находит применение во многих отраслях промышленности, включая (но не ограничиваясь) термоэлектрическую и атомную энергетику [5, 6], пищевую промышленность [7], фармацевтику [8], интеллектуальные здания [9], системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) [10], транспорт [11], сельское хозяйство [12], нефтехимию [13], обработку материалов [14] и массовое производство [15]. Повышение эффективности теплообмена стимулировало развитие прогрессивных конструкций теплообменников, таких как каналы сложной формы и компактные трубы. Эти разработки, направленные на оптимизацию объемной плотности мощности и снижение материалоемкости, не должны приводить к снижению эксплуатационных характеристик. В частности, исследования направлены на интенсификацию теплообмена за счет модификации поверхности. Ровин и др. (Rowin et al.) [16] провели исследование, посвященное прогнозированию теплообмена на шероховатых поверхностях, уделяя особое внимание разработке корреляций для расчета коэффициентов теплоотдачи в условиях турбулентного потока. Ку и др. (Qu et al.) [17] продемонстрировали, что искусственная шероховатость внутренних поверхностей капиллярных трубок значительно улучшает запуск и стабилизирует работу микропульсирующих тепловых трубок (МПТТ). Авторы отмечают влияние поверхностного натяжения, вязкости жидкости и параметров шероховатости стенок на гидравлическое сопротивление, что может ограничивать стабильную работу МПТТ фиксированного диаметра при определенных режимах пульсации [18]. Сингх и др. (Singh et al.) [19] исследовали влияние упорядоченной шероховатости и пульсирующего потока в микроканалах посредством 2D-моделирования. Усиленная вихревая активность, вызванная пульсацией, приводила к увеличению числа Нуссельта (Nu) до 32,76 % независимо от параметров шероховатости. Было установлено, что оптимальная частота пульсации зависит от гидравлического диаметра канала, а шероховатость поверхности приводит к увеличению гидравлических потерь даже при улучшении теплообмена. Ву и Ченг (Wu и Cheng) [20] наблюдали колебания числа Nu в трапециевидных кремниевых микроканалах с переменной геометрией. Лин и др. (Lin et al.) [21] обнаружили, что высота шероховатости в диапазоне от 18 до 96 мкм улучшает теплообмен в мини-каналах, заполненных водой. Лю и др. (Lu et al.) [22] подтвердили, что шероховатость увеличивает гидравлическое сопротивление и число Nu в ламинарных микроканальных потоках. Цроце и др. (Croce et al.) [23] показали, что форма шероховатости оказывает большее влияние на гидравлические потери, чем на число Nu. Несмотря на значительный объем исследований в области динамики пульсирующего потока, фундаментальные механизмы теплообмена в таких условиях остаются не до конца изученными [24–32]. Аналитические и численные исследования в ламинарном режиме [33–37] указывают на
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1