Details

Представляются данные свободноконвективного течения и теплообмена вблизи однорядного пучка из шести нагретых оребренных труб. Постановка задачи приближена к условиям эксперимента, результаты которого представлены в диссертации Маршаловой Г.С. (2019 г.). Рассмотрены две конфигурации расчетной области: (1) включающая пучок из шести оребренных труб и (2) периодическая, характерная для пучка из бесконечного количества труб. В ходе расчетов варьировалось расстояние между трубами, относительная (к диаметру ребра) величина которого задана равной σ1 = 1.02…2.78. Изучалось также влияние значения числа Грасгофа Gr, которое выбиралось из диапазона 3.9∙104…5.6∙105. Моделирование проводилось в сопряженной 3D постановке на базе уравнений Навье-Стокса и энергии. Численное моделирование выполнено в пакете ANSYS Fluent. Моделирование течения воздуха осуществлялось как в приближении Буссинеска для учета эффектов плавучести, так и на основе модели сжимаемого совершенного газа с переменными коэффициентами диффузионного переноса. Полученные данные о теплоотдаче (среднем значении числа Нуссельта Nu) в постановках (1) и (2) качественно и количественно согласуются как между собой, так и с данными экспериментов в рассмотренном диапазоне Gr. Показано, что при увеличении межтрубного расстояния интенсивность теплосъема с поверхности всех труб возрастает, достигая максимального (оптимального) значения. Оптимальное расстояние для максимального Gr соответствовало σ1 = 1.11, а для минимального – σ1 = 1.26. Дальнейшее увеличение зазора между трубами сопровождается постепенным уменьшением теплоотдачи. Получены четыре базы данных, суммарно состоящие из 5000 вариантов, на основе которых определены корреляционные зависимости Nu от Gr и σ1.

Data are presented on free convective flow and heat transfer near a single-row bundle of six horizontal oriented heated tubes. The formulation of the problem is close to the experimental conditions, which results were presented in the dissertation by Marshalova G.S. (2019). Two configurations of the computational domain are considered: (1) including a bundle of six finned tubes and (2) periodic, for a bundle of infinite number of tubes. During calculations, the distances between the pipes were varied, the relative (to the fin diameter) value of which was set equal to σ_1  = 1.02…2.78. In addition, the influence of the Grashof number value, which was selected from the range Gr = 3.9∙10^4  …5.6∙10^5, was studied. The simulations have been carried out in a conjugate 3D formulation using the Navier-Stokes and energy equations. Numerical simulations have been performed in the ANSYS Fluent package. Modeling of air flow has been carried out both: in the Boussinesq approximation for the effects of buoyancy, and a model of a compressible perfect gas with variable diffusion transfer coefficients. The obtained data on heat transfer (the average value of the Nusselt number Nu) in formulations (1) and (2) are qualitatively and quantitatively consistent with each other and with the experimental data in the considered range of Gr. It is shown that as the distance between pipes increases, the intensity of heat removal from the surface of all pipes increases, reaching a maximum (optimal) value. The optimal distance for the maximum Gr corresponded to σ_1  = 1.11, and for the minimum – σ_1  = 1.26. A further increase in the gap between the pipes is accompanied by a gradual decrease in heat transfer. Four databases have been obtained, consisting of a total of 5000 options, on the basis of which the correlation dependences of Nu on Gr and σ_1 were determined.