OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 93 EQUIPMENT. INSTRUMENTS практически не оказывает влияния в турбулентном режиме. Абделфаттах и др. (Abdelfattah et al.) [56] исследовали эффективность теплообмена в системе 48 ударяющихся струй при наличии полусферической, каплевидной и цилиндрической шероховатости. Результаты показали, что цилиндрическая шероховатость повышает интенсивность теплообмена, в то время как каплевидная шероховатость приводит к снижению гидравлического сопротивления. В общем случае шероховатость стенки влияет на процессы переноса импульса и энергии [57]. Исследования течения в шероховатых трубах показали, что логарифмический профиль скорости модифицируется с использованием функции шероховатости fr, зависящей от безразмерной высоты шероховатости Ks+. Уравнение (10) служит для внесения поправок на шероховатость в профиль скорости, где k = 0,4187 (постоянная Кармана). В ANSYS Fluent для классификации режимов шероховатости (гидродинамически гладкий, переходный и полностью шероховатый) используется метод Себечи – Брэдшоу, основанный на параметрах ΔB и Ks+: * * 1 ln / p p w u u u y E B k ⎛ ⎞ ρ ⎜ ⎟ = − Δ ⎜ ⎟ τ ρ μ ⎝ ⎠ . (10) Результаты и их обсуждение В работе Эльшефи и др. (Elshafi e et al.) [43] экспериментально исследовался пульсирующий турбулентный поток воздуха в нагреваемой трубе при условии постоянного теплового потока, что представляет интерес для современных промышленных применений в области теплообмена. Авторы изучали влияние частоты пульсаций в диапазоне от 6,6 до 68 Гц и чисел Рейнольдса в диапазоне 10 000 ≤ Re ≤ 40 000. Результаты показали, что число Нуссельта (Nu) существенно зависит как от числа Рейнольдса (Re), так и от частоты (f), причем наибольшее влияние наблюдалось во входной области, где изменения были более выраженными по сравнению с областью установившегося течения. Отмечено, что расположение генератора пульсаций вблизи выходного сечения трубы оказывало влияние на распределение локального теплообмена. В рамках аналогичных исследований были получены результаты для чисел Рейнольдса в диапазоне от 13 350 до 37 100. Установлено, что скорость в центре трубы и полное давление возрастают с увеличением Re, в то время как температура поверхности стенки снижается. Количественные данные, характеризующие влияние Re на кинетическую энергию турбулентности (TKE) и завихренность (ω), собраны в табл. 1, демонстрирующей монотонное увеличение TKE и ω с ростом Re. На рис. 6 представлены профили скорости для Re = 37 100 при различных условиях: с генератором пульсаций, расположенным перед тестовым участком (upstream) и после тестового участка (downstream) потоков, а также в отсутствие пульсаций (A = 0,2, f = 6,7 Гц). Показано, что в условиях пульсирующего потока наблюдаются незначительные изменения в завихренности и более низкие значения скорости по сравнению с базовым случаем (без пульсаций). Анализ полученных данных свидетельствует о том, что увеличение Re приводит к росту Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Параметры потока при различных значениях Re Flow properties for various Re values Re Vср, м/с Vмакс, м/с Tмакс, К Давление, Па TKE ω, с −1 10 850 7,1313 10,3 329 115 1,15 1000 13 350 8,7745 12,5 325 160 1,6 1250 16 800 11,0420 15,6 322 255 2,7 1600 22 500 14,7885 20,8 320 465 5 2100 24 650 16,2016 22,6 318 552 6 2300 31 560 20,7433 28,8 316 925 10 2800 37 100 24,3846 33 314,2 1300 15 3200
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1