Details

Настоящая работа посвящена численному моделированию установившегося ламинарного течения и теплообмена в витых трубах прямоугольного сечения при различных геометрических и режимных параметрах. Задачи, которые решались в ходе исследования: • проведение верификации численного метода путем сравнения с литературными данными • исследование влияния соотношения сторон поперечного сечения и шага закрутки на структуру течения и теплообмен • изучение влияния числа Прандтля на интенсивность теплообмена Численное моделирование было выполнено с использованием коммерческого пакета ANSYS FLUENT 24.1. Исследования были проведены в диапазоне чисел Рейнольдса от 10 до 1000 и для чисел Прандтля, равных Pr = 0.7 (воздух) и Pr = 7.0 (вода). В результате исследования получено, что в витой трубе прямоугольного сечения наблюдается более выраженная деформация профилей скорости и температуры по сравнению с трубой квадратного сечения, а также существенно повышается эффективность теплообмена. Уменьшение шага закрутки приводит к усилению вторичных течений, что способствует интенсификации теплообмена, этот эффект наиболее выражен для жидкостей с высоким числом Прандтля. Полученные результаты согласуются с данными других авторов.

This paper is devoted to the numerical simulation of steady-state laminar flow and heat transfer in twisted rectangular tubes with various geometric and operating parameters. The tasks that were solved during the study: • verification of the numerical results by comparing with the literature data • investigation of the effect of the aspect ratio of the cross-section and the twist pitch on the flow structure and heat transfer • study of the effect of Prandtl number on the intensity of heat exchange Numerical simulation was performed using the commercial ANSYS FLUENT 24.1 software. The studies were carried out in the range of Reynolds numbers from 10 to 1000 and for Prandtl numbers equal to Pr = 0.7 (air) and Pr = 7.0 (water). As a result of the study, it was found that flow in a twisted pipe with a rectangular section is characterized by a more pronounced deformation of the velocity and temperature profiles and higher heat transfer in comparison to flow in a twisted pipe with square section. A decrease in the twist ratio leads to an increase in secondary flows, which contributes to the intensification of heat exchange. This effect is most pronounced for fluids with a higher Prandtl number. The present results are consistent with the data of other authors.