Другие журналы
|
Моделирование теплоотдачи к газовому теплоносителю с пониженным значением числа Прандтля
# 06, июнь 2015
DOI: 10.7463/0615.0780763
авторы: Куликова Т. Н., Марков П. В., Солонин В. И.
УДК 621.039.517
| Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана АО «НИКИЭТ» |
Работа посвящена особенностям моделирования теплоотдачи к газовым теплоносителям с пониженными значениями числа Прандтля, в частности, к бинарным смесям инертных газов. Представлены результаты моделирования теплоотдачи к гидродинамически стабилизированному потоку гелиево-ксеноновой смеси в круглой трубе диаметром 6 мм при граничном условии второго рода. Рассмотрено течение трех гелиево-ксеноновых смесей с различным содержанием гелия и значением молекулярного числа Прандтля в диапазоне от 0,239 до 0,322 при числах Рейнольдса от 10000 до 50000. Изменение температурного фактора при проведении численного моделирования составило от 1,034 до 1,061. В качестве основного программного средства использован CFD-код STAR-CCM+, предназначенный для решения широкого ряда задач гидродинамики, теплопереноса и прочности. Исследована применимость пяти моделей для турбулентного числа Прандтля. Показано, что выбор модели оказывает существенное влияние на коэффициент теплоотдачи. Представлены структурные характеристики потока в пристенной области. Оценена протяженность участка тепловой стабилизации, составившая около 30 диаметров трубы. Проведено сопоставление результатов моделирования с известными данными о теплоотдаче к газовым теплоносителям с пониженными значениями числа Прандтля. Показано, что наилучшее соответствие результатам, прогнозируемым зависимостями Кейса В.М. и Петухова Б.С., дает V2F low-Reynolds number k-ε модель турбулентности при использовании аппроксимации для турбулентного числа Прандтля по Кейсу-Кроуфорду-Уэйганду. Совокупность результатов моделирования обобщена аппроксимирующей зависимостью. Применение результатов работы целесообразно при проведении численного моделирования теплоотдачи к бинарным газовым смесям в каналах различной формы. Приведенная аппроксимирующая зависимость позволяет проводить быструю оценку коэффициентов теплоотдачи к газовым теплоносителям с пониженным значением молекулярного числа Прантдля в исследованном диапазоне при течении в круглой трубе. Список литературы- Драгунов Ю. Г., Габараев Б.А., Ужанова В.В., Беляков М.С., Селиверстов М.М. Космические ядерные энергетические установки суб- и мегаваттного класса. Часть 1 – Концепции реакторов (обзор) // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2014. № 2. С. 95-107.
- Драгунов Ю.Г., Габараев Б.А., Ужанова В.В., Беляков М.С., Селиверстов М.М. Космические ядерные энергетические установки суб– и мегаваттного класса. Часть 2 - Системы преобразования тепловой энергии реактора в электрическую и отвода неиспользованного тепла (обзор) // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2014. № 3. С. 131-140.
- Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
- Драгунов Ю.Г., Сметанников В.П., Габараев Б.А., Беляков М.С., Кобзев П.В. Аналитический обзор информации по коэффициентам теплоотдачи в гелиево-ксеноновой смеси. М., 2012. 30 с. (Препринт / ОАО «НИКЭТ»; № ET -12/81).
- Драгунов Ю.Г., Сметанников В.П., Габараев Б.А., Орлов А.Н., Беляков М.С., Дербенёв Д.С. Аналитический обзор информации по теплофизическим свойствам гелиево-ксеноновой газовой смеси и рекомендации по их расчету. М . , 2012. С . 15-17. ( Препринт / ОАО « НИКИЭТ »; № ET-12/80).
- User guide «STAR-CCM+ Version 8.06». CD-adapco, 2014.
- Laurence D.R., Uribe J.C., Utyuzhnikov S.V. A Robust Formulation of the v2-f Model // Flow, Turbulence and Combustion. 2004. Vol. 73. P. 169-185.
- McEligot D.M., Taylor M.F. The turbulent Prandtl number in the near-wall region for low-Prandtl-number gas mixtures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1996. Vol. 39, no. 6. P. 1287-1295. DOI: 10.1016/0017-9310(95)00146-8
- Taylor M.F., Bauer K.E., McEligot D.M. Internal Forced Convection to Low-Prandtl-Number Gas Mixtures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1988. Vol. 31, no. 1. P. 13-25. DOI: 10.1016/0017-9310(88)90218-9
- Weigand B., Ferguson J.R., Crawford M.E. An extended Kays and Crawford turbulent Prandtl number model // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1997. Vol . 40, no . 17. P . 4191-4196. DOI:10.1016/S0017-9310(97)00084-7
- Кириллов П.Л., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Справочник по теплогидравлическим расчётам в ядерной энергетике. Т. 1. Теплогидравлические процессы в ЯЭУ / под общ. ред. П.Л. Кириллова. М.: ИздАт, 2010. 776 с.
- Кэйс В.М. Конвективный тепло- и массообмен: пер. с англ. М.: Энергия, 1972. 448 с.
- Pickett P.E., Taylor M.F., McEligot D.M. Heated Turbulent Flows of Helium-Argon Mixtures in Tubes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1979. Vol. 22, no. 5. P. 705-719. DOI: 10.1016/0017-9310(79)90118-2
|
|