ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 92 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ потока. На стенке трубы задавалось граничное условие по тепловому потоку, а на выходе – условие постоянного давления. Граничные условия В расчетах были применены следующие граничные условия. 1. На входе задавался пульсирующий профиль скорости, формируемый с использованием пользовательской функции, которая реализует синусоидальный закон изменения скорости. 2. На стенке трубы устанавливалось граничное условие постоянного теплового потока. 3. На выходе из расчетной области применялось граничное условие постоянного давления. Для моделирования турбулентного течения использовалась стандартная k-ε-модель турбулентности. Валидация Для верификации численной модели проведено сравнение с экспериментальными данными, представленными в работе Эльшафи и др. (Elshafi e et al.) [43], посвященной исследованию пульсирующего турбулентного течения в нагреваемых трубах в диапазоне чисел Рейнольдса 10 000 ≤ Re ≤ 40 000 и частот 6,6…68 Гц. На рис. 4 показано хорошее соответствие между численными результатами, полученными в рамках данной работы, и экспериментальными данными Эльшафи и др. (Elshafi e et al.), что подтверждает адекватность разработанной численной модели для расчёта средних значений числа Нуссельта (Nu). На рис. 5 представлена динамика изменения коэффициента теплоотдачи поверхности (h) во времени. Установлено, что колебания коэффициента теплоотдачи стабилизируются после t = 2,5 с, что позволяет использовать момент времени t = 6 с для расчётов в квазистационарном режиме. Отмечено, что коэффициент теплоотдачи (h) увеличивается с ростом числа Рейнольдса (Re) во всех рассмотренных случаях. Рис. 5. Коэффициент теплоотдачи с поверхности (h), полученный для различных чисел Re Fig. 5. Surface HT coeffi cient (h) obtained for diff erent Re Рис. 4. Сравнение среднего числа Нуссельта с теоретическими и экспериментальными результатами Эльшафи [43] Fig. 4. Comparison of the average Nusselt number with the theoretical and experimental results of Elshafi e [43] Влияние шероховатости поверхности Известно, что шероховатость поверхности может интенсифицировать теплообмен (ТО) за счет разрушения термического пограничного слоя [44], несмотря на возможное увеличение гидравлического сопротивления [45, 46]. Сложность физических процессов, обусловленных шероховатостью, требует проведения обширных экспериментальных исследований [47]. Например, МакДональд и др. (MacDonald et al.) [48] с использованием метода DNS для синусоидальных поверхностей (k⁺ = 10, λ = 0,05…0,54) продемонстрировали влияние параметров шероховатости на гидравлическое сопротивление. В то же время, согласно Майеру и др. (Meyer et al.) [49], шероховатость может повышать интенсивность теплообмена в ламинарном режиме течения, но
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1