ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЧАСТКОВОГО ГОФРУВАННЯ НА РОЗВИТОК ВИХРОВИХ УТВОРЕНЬ В ТРУБІ ПРИ ПЕРЕХІДНИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2025.02(9).03Ключові слова:
течія в трубі, перехідні числа Рейнольдса, вихрові збурення, розвиток збурень, неізотермічний потік, часткове гофруванняАнотація
На даний час існує велика кількість досліджень, присвячена оцінці різних видів структурування поверхні з метою отримання найменшого
гідравлічного опору та/або найбільшого теплообміну. Зазвичай дослідження проводяться в певних діапазонах фізичних та геометричних параметрів шляхом перебору їх різних поєднань. Це доволі трудомісткий шлях, який займає багато часу та ресурсів. В даній роботі робиться спроба за вихідну точку обрати власні параметри потоку. Саме спираючись на форму та параметри власних збурень в потоці пропонується форма і геометричні характеристики розвинення поверхні. Часткове структурування обтічної поверхні дозволяє нав’язати лише певні зміни у природньому процесі розвитку збурень повністю його не змінюючи. Дослідження присвячено вивченню характеристик течії в гладкій трубі та трубі із гофрованими вставками. Комп’ютерне моделювання проводиться при перехідному числі Рейнольдса і за умов неізотермічності течії. Виконується пряме чисельне моделювання без застосування моделей турбулентності. На першому етапі проведено дослідження течії в гладкій трубі. Основну увагу приділено аналізу зародження та розвитку вихрових утворень, явищу втрати стійкості в потоці. Проаналізовано довжини хвиль збурень, амплітуди, відстань, на якій зароджуються та існують структуровані вихрові утворення згідно характерних етапів розвитку збурень. На другому етапі дослідження проведено порівняння із трубами з різними гофрованими вставками. Виявлено вплив довжини хвилі гофрування. Так, короткохвильове, у порівнянні із локальною довжиною хвиль власних збурень, гофрування може виступати як турбулізатор. В той же час, залежно від місця розташування, довгохвильове гофрування може надавати регуляризуючу дію і навіть затягнути процес переходу. Також проаналізовано доцільність розташування двох гофрованих вставок заданої геометрії.
Посилання
Klebanoff P. S., Tidstrom K. D. The three–dimensional nature of boundary–layer transitionю Journal of Fluid Mechanics. 1962, Vol. 12, pp. 1– 34. DOI: 10.1017/S0022112062000014.
Darbyshire A. G., Mullin T. Transition to turbulence in constant–mass–flux pipe flow. Journal of Fluid Mechanics. 1995, Vol. 646, pp. 127–136. DOI: 10.1017/s0022112095001248.
Ovchinnikov V., Meelan M. Choudhari, Ugo Piomelli. Numerical simulations of boundary–layer bypass transition due to high–amplitude free stream turbulence. Journal of Fluid Mechanics. 2008, Vol. 613, pp. 135–169. DOI: 10.1017/S0022112008003017.
Voropaiev G. A., Baskova A. A. Modelyuvannya protsessu perekhodu v trubakh iz spiral'nym gofruvannyam [Modeling of transition process in tubes with spiral corrugation]. Visnyk NTU "KhPI". Seriya : Matematychne modelyuvannya v tekhnitsi ta tekhnologiyakh [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Mathematical modeling in engineering and technologies]. 2019, Vol. 8(1333), pp. 75–81.
Li X., Liu S., Mo X., Sun Z., Tian G., Xin Y., Zhu D. Investigation on Convection Heat Transfer Augment in Spirally Corrugated Pipe. Energies. 2023, Vol. 16, P. 1063. DOI: 10.3390/en16031063.
Rainieri S., Pagliarini G. Convective heat transfer to temperature dependent property fluids in the entry region of corrugated tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2002, Vol. 45, pp. 4525–4536. DOI: 10.1016/S0017-9310(02)00156-4.
Vicente P. G., Garc A., Viedma A. Experimental investigation on heat transfer and frictional characteristics of spirally corrugated tubes in turbulent flow at different Prandtl numbers. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2004, vol. 47, pp. 671–681. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2003.08.005.
Voropaiev G. A., Baskova O. O. Some features of a laminar flow stability loss in a pipe. Journal of Numerical and Applied Mathematics. 2021, Vol. 135, No. 1, P. 59–65. DOI: 10.17721/2706 9699.2021.1.07.
