Численное моделирование и разработка комплекса программ исследования теплообмена и ламинарного течения в регулярных продольнооребренных коридорных структурах

• Автор: Костенко, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 293 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ1
ГЛАВА 1. Методы расчета течения и теплообмена в регулярных структурах поперечно обтекаемых оребренных пучках труб кругового сечения теплообменного оборудования и анализ результатов физического и численного экспериментов.

1.1. Характеристика1 и назначение расчета теплообменного оборудования.

1.2. Постановка задачи исследования.

1.3. Обзор экспериментальных исследований литературных источников по поперечно обтекаемым и гладкотрубным и продольно оребренньтм пучкам круглых труб

1.3.1. Гладкотрубные коридорные пучки.

1.4. Обзор литературных источников по мембранным коридорпым пучкам труб.

1.5. Обзор литературных источников по коридорным оребренным пучкам, омываемых поперечным потоком газа жидкости.

1.6. Оребрепие пучков труб и расчет коэффициентов теплоотдачи прямых ребер.

1.7. Развитые поверхности теплообмена и оценки эффективности поверхности при теплоотдаче

1.8. Постановка задачи численного исследования и обзор имеющихся результатов

ГЛАВА П. Расчет течения и теплообмена в регулярном коридорном пучке труб кругового сечения в ламинарном диапазоне изменения числа Рейнольдса.
2.1. Обобщенное дифференциальное уравнение как исходная система решения задачи поперечного обтекания труб кругового сечения.
2.2. Использование метода контрольного объема
2.3. Использование численного решения конвективнодмффузионных разностных уравнений
2.3.1. Алгоритм решения конвективнодиффузионного уравнения с использованием Шфакторизации
2.3.2. Расчет давления.0.
2.3.3. Граничные условия для исходной системы уравнений Щ
2.4. Вычислительный алгоритм и алгоритмическая блоксхема
ГЛАВА III. Численное исследоваше стационарного обтекания и теплообмена регулярного коридорного пучка труб кругового сечения
3.1. Поперечное обтекание изолированной трубы в ламинарном диапазоне чисел Рейнольдса.
3.2. Стационарное обтекание и теплоотдача гладкотрубного пучка.
3.3. Результаты численного исследования по теплоотдаче регулярного коридорного гладкотрубного пучка.
ГЛАВА IV. Численное моделирование стационарного поперечного ламинарного течения и теплообмена в мембранных конвективных регулярных коридорных пучках труб кругового сечения.
4.1. Анализ экспериментальных работ мембранных конвективных поверхностей нагрева коридорного расположения круговых пучков труб МКПИ
4.2. Анализ работ с использованием численного моделирования конвективных поверхностей нагрева коридорного расположения круговых труб МЬСНП.
4.3. Анализ результатов численного моделирования влияния чисел Рейнольдса и Прандтля на ламинарный теплообмен
конвективных мембранных регулярных коридорных пучков
круглых труб.
ГЛАВА V. Использование комплексного преобразования Фурье в исследовании течения и теплоотдачи регулярных коридорных пучков труб кругового сечения.
5.1. Постановка задачи построения корреляционных зависимостей течения и теплообмена с помощью метода среднего Фурье.
5.2. Приложения интегральных преобразований Фурье к задачам течения и теплообмена с целью внедрения расчетных результатов в проектировании теплообменных устройств и аппаратов
5.3. Метод среднего Фурье в численном моделировании течения и теплообмена.
5.4. Примеры построения корреляционных зависимостей при исследовании течения и теплообмена и в других науках
ГЛАВА VI. Численное моделирование обтекания и теплообмена в продольно оребреиных регулярных коридорных пучках круглых труб поперечным потоком жидкости
6.1. Течение в пучке гладкотрубных пучков в отсутствии условий симметрии.Г
6.2. Теплоотдача пучков в отсутствие условий симметрии теплообмена.
6.3. Численное моделирование течения и теплоотдачи поперечным потоком жидкости регулярного коридорного пучка труб с симметрично расположенным продольным оребрением.
6.4. Численное моделирование течения и теплоотдачи регулярного коридорного пучка труб кругового сечения с асимметрично расположенным продольным оребрением
6.5. Оценка сравнительной эффективности регулярных пучков
труб кругового сечения.
ГЛАВА VII. Использование результатов численного моделирования течения и теплообмена регулярных коридорных пучков труб кругового сечения и метода среднегоФурье в практике исследования.
7.1. Об использовании комплекса программ и метода среднего
7.2. Использование метода среднего Фурье для разработки
программного продукта для получения корреляционных
зависимостей ЭйлерНуссельт.
7.3. Возможные применения метода среднего Фурье при
использован 1ги качества отливок в литейном производстве 6.
7.4. Использование комплексов программ численного моделирования течения и теплообмена в регулярных
коридорных пучках труб в задачах фильтрации.
7.5. Использование программного продукта ЭйлерНуссельт
при сравнительной эффективности трубных пучков.
ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ВЫВОДТЯ ПО РАБОТЕ.
Список литературных источников


Решение задач для пучков гладких труб и анализ полученных ранее задач авторами предлагается решение названной проблемы определять этапами, аналогичными для пучков труб, заранее построив эллипсоидальную ортогональную сетку, с выбранными эллипсоидальными коэффициентами и прогрессивным методом контрольного объема . Идею проведения численных расчетов при исследовании течения и теплообмена трубных гладких и оребренных пучков авторы работы предлагают метод численного моделирования внедрить в расчеты строительства переправ в виде мостовых переходов водных преград открытого типа. Постройка таких сооружений сложная и экономически дорогостоящая, требующая большого времени при проведении ее классическими путями. В связи с применением предлагаемого метода расчета весь комплекс расчетов, который базируется на исследовании течения и теплообмена в ср и О расчетных областях, введенных в , автоматически переносится на решение задачи течения и теплообмена около одной трубы опоры, в шахматном или коридорном расположении гладких и продольнооребренных пучков труб, что позволит при эксплуатации усилить внешнюю нагрузку на мост переправу в целом. Эта версия нашла отражение свое в патенте Ледяная переправа и предложенной программе для расчета на ЭВМ Трубные пучки . Вопросам использования результатов расчетов при численном моделировании теплоотдачи и гидравлического сопротивления обтекания жидкостью газом пучков гладких и оребренных труб поперечным потоком в практике проектирования теплообменников, тепловых установок и устройств уделяется большое внимание в связи с возросшей потребностью ТА в промышленности и социальной сфере. Оно позволяет получать надежные расчетные результаты и играет большую роль с экономической и конструкторской точек зрения, так как сулит большую экономию затрат на получение достоверных данных в процессе эксперимента, а следовательно, сознание ТА и автоматическое его проектирование в связи с быстрорастущими по возможностям ЭВМ. Отсутствие основных данных для расчета теплопередачи и гидравлического сопротивления, а также отсутствие точных представлений о механизме протекающих процессов, ограничивали использование продольнооребренных трубчатых пучков в создании ТА и вычислительных программ для подобного исследования и использования результатов. Автор работы до настоящего времени использовал программный комплекс и провел расчет обтекания и теплоотдачи коридорного пучка труб с симметрично расположенным продольным оребрением. Программа расчета Коридор была использована для получения решения системы полных уравнений НавьеСтокса и энергии, записанной в дивергентной форме в сочетании с высоким порядком точности аппроксимации этих уравнений . Система полных уравнений аппроксимируется, используя конечноразностный метод под названием методом копгрольного объема . Следует отметить практически полное отсутствие литературных источников для исследования продольного оребрения в области низких чисел Яе при физическом и численном экспериментах. В работе отмечается, что анализ большого числа работ 4,,, и др. Отмечается, что принципиально иной способ оребрения труб связан с постановкой продольных ребер на поверхности несущей трубы . Учитывая многофакторность в исследовании при продольном оребрении с помощью численного эксперимента, автор ограничился исследованием влияния на характеристики пучка гишь способа расположения ребер, остальные параметры оребрения зафиксировал, а именно высоту ребра 0,2 с, толщину считает бесконечно малой часть радиальной линии. Отмечается, что в целом вычислительный алгоритм совпадает, как и в случае гладкотрубного пучка , только на ребрах ставится условие применение жидкости газа и V 0, а температура ребра принята равной температуре трубы Г 0. В данной работе анализируются результаты расчета течения и теплоотдачи коридорного пакета труб а х Ъ 2,0 х 2,0 при числах Яе ,0, 0 и 0 и числа Рг 0, при симметричном продольном оребрении, состоящего из четырех и восьми ребер. Указывается на месторасположение ребер на трубе, представлены картины течения и температур, результаты расчетов сопровождаются таблицей зависимости шт е в названном выше диапазоне изменения чисел Рейнольдса приводятся графики распределения коэффициентов рения г. Ь 2,0 х 2,0 в случаях четырех и восьми ребер, а также распределение среднего числа Нуссельта.