Details

Настоящая работа посвящена численному исследованию развитого ламинарного течения и теплообмена в витом канале квадратного поперечного сечения при тепловых граничных условиях первого рода. Задачи, которые решались в ходе исследования: • проанализировать чувствительность результатов к размерности сетки и протяженности расчетной области; • сопоставить результаты, полученные для течения в прямом канале с аналитическим решением; • оценить влияние числа Рейнольдса и шага закрутки витой трубы на течение и теплообмен в витом канале; • определить влияние числа Прандтля на число Нуссельта. Численное моделирование течения и теплообмена в витых каналах выполнялось с использованием коммерческого пакета ANSYS FLUENT 24.1. Проведены расчеты для чисел Рейнольдса от 10 до 1000. Проведено параметрическое исследование влияния шага закрутки на течение и теплообмен.  Интенсификация теплообмена в витых трубах исследована в диапазоне чисел Прандтля от 0,74 до 20. В результате получено, что при течении в витом канале с ростом числа Рейнольдса возрастает коэффициент сопротивления, а также происходит интенсификация теплообмена. Для жидкостей с Pr = 0.74 уменьшение шага закрутки приводит к ухудшению теплообмена. При увеличении числа Прандтля число Нуссельта растет, особенно для сильно закрученных каналов.

This work is dedicated to the numerical study of fully-developed laminar flow and heat transfer in a twisted square cross-section channel at constant wall temperature. The tasks addressed in the course of the research are: • analyze the sensitivity of the results to the grid size and the extent of the computational domain; • compare the results obtained for flow in a straight channel with the analytical solution; • assess the influence of the Reynolds number and the twist pitch on the flow and heat transfer in a twisted channel; • determine the influence of Prandtl number on Nusselt number on flow and heat transfer characteristics. The numerical simulation of flow and heat transfer in twisted channels was carried out using the commercial software package ANSYS FLUENT 24.1. Calculations were conducted for Reynolds numbers ranging from 10 to 1000. A parametric study was performed to investigate the influence of the twist ratio on flow and heat transfer. The intensification of heat transfer in twisted tubes was investigated over the range of Prandtl numbers from 0.74 to 20. It was found that with the Reynolds number increase, the friction factor in a twisted channel also increases and the intensification of heat transfer takes place. For fluids with Pr = 0.74, decreasing of the twist ratio results in deterioration of heat transfer. With an increase of Prandtl number, Nusselt number grows, especially for highly twisted channels.