ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 98 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Численные результаты Численное моделирование позволяет получить более глубокое понимание механизмов течения, определяющих закономерности теплообмена и распределение числа Нуссельта (Nu), в дополнение к экспериментальным данным. На рис. 9 представлены изолинии завихренности при расположении генератора пульсаций перед тестовым участком (upstream) для Re = 6753, Q = 954 Вт/м2, A = 0,1 и f = 1 Гц. Видно, что турбулентность, вызванная сдвиговыми напряжениями, характеризуется пиковыми значениями завихренности вблизи стенок трубы. Вблизи центральной оси наблюдаются возмущения потока, влияние которых ослабевает на расстоянии более L = −0,25 м от входного сечения. На рис. 10 представлено сравнение профилей скорости при расположении генератора пульсаций перед тестовым участком (upstream) и после тестового участка (downstream). В случае генератора, расположенного перед тестовым участком, область высоких скоростей простирается на большее расстояние и достигает выходного сечения трубы, что указывает на более значительное падение давления и повышение уровня турбулентности. В то время как при расположении генератора после тестового участка область высоких скоростей локализована, что может приводить к образованию локальных зон повышенного давления и к неравномерному распределению теплообмена. На рис. 11 представлены профили давления в момент времени t = 6 с. При расположении генератора пульсаций после тестового участка наблюдается более высокое пиковое давление в выходном сечении (63,21), чем во входном, что свидетельствует о преобладании локализованных эффектов ускорения потока. На рис. 12 представлены контуры кинетической энергии турбулентности (TKE) для случая расположения генератора пульсаций перед тестовым участком в моменты времени от t = 1 с до t = 6 с. Видно, что кинетическая энергия турбулентности возрастает со временем от 0,55 до 0,92, что является признаком нарастания уровня турбулентности и, как следствие, интенсификации теплообмена. Симметричное распределение кинетической энергии турбулентности обеспечивает более равномерный теплообмен. Несмотря на то что зарождение и концентрация кинетической энергии турбулентности оказываются быстрее вблизи стенок трубы, её нарастание в объеме происходит равномерно, что подтверждает предположение о более высокой интенсивности локального теплообмена. Симметричный характер и быстрое нарастание турбулентности при расположении генератора пульсаций после тестового участка (downstream) подтверждает более высокую эффективность данной конфигурации с точки зрения интенсификации конвективного теплообмена. В целом результаты численного моделирования демонстрируют, что пульсации, особенно при их создании после тестового участка (downstream), существенно повышают эффективность теплообмена за счет увеличения уровня турбулентности, завихренности и изменения структуры потока. Основным фактором, определяющим интенсификацию теплообмена Рис. 9. Контуры скорости для Re = 6753, Q = 954 Вт/м2, A = 0,1, f = 1 Гц при расположении генератора пульсаций после тестового участка (downstream) Fig. 9. Velocity contour plots for Re = 6,753, heat input Q = 954 W/m², pulsation amplitude A = 0.1, pulsation frequency f = 1 Hz at downstream pulsation
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1