Введение
Глава 1. Генезис проблематики интенсификации теплоотдачи поверхностными вихрегенераторами 20
1.1 Каналы с поперечными кольцевыми выступами 20
1.1.1 Структура течения и вихреобразование в каналах с кольцевыми выступами 20
1.1.2 Теплоотдача и гидросопротивление каналов с кольцевыми выступами 23
1.2 Каналы с полусферическими выступами 29
1.2.1 Структура течения и вихреобразование в каналах с кольцевыми выступами 29
1.2.2 Теплоотдача и гидросопротивление каналов с полусферическими выступами
1.3 Поверхности теплообмена с цилиндрическими выемками 37
1.4 Поверхности теплообмена со сферическими выемками 56
1.5 Анализ интенсификации теплообмена на поверхностях с ассиметричными выемками 72
1.6 Постановка задач на исследования 83
Глава 2. Методология опытного исследования, экспериментальное оборудование, особенности методики проведения и обработки экспериментальных данных 87
2.1 Экспериментальные стенды и рабочие участки 87
2.1.1 Экспериментальный стенд для исследования структуры течения и теплогидравлических характеристик трактов с поверхностными вихрегенераторами 87
2.1.2 Рабочие участки для определения коэффициентов теплоотдачи и гидросопротивления труб с поверхностными вихрегенераторами 88
2.1.3 Рабочие участки для исследования структуры потока в каналах с поверхностными вихрегенераторами 90
2.1.4 Геометрия исследованных труб с поверхностными вихрегенераторами и особенности методики проведения опытов и обработки экспериментальных данных 91
2.1.5 Тестовые опыты по гидравлическому сопротивлению и теплоотдаче гладкой трубы 93
2.2 Универсальный экспериментальный воздушный стенд для определения теплогидравлических характеристик каналов с поверхностными вихрегенераторами 95
2.2.1 Рабочий участок для исследования структуры потока и тепловизионного исследования в каналах с поверхностными вихрегенераторами 96
2.2.2 Особенности методики проведения визуализации и тепловизионного исследования поверхностей с вихрегенераторами различной формы 98
2.2.3 Рабочий участок для исследования поля скоростей и степени турбулентности потока 100
2.2.4 Особенности методики исследования поля скоростей и степени турбулентности потока при обтекании плоской пластины с вихрегенераторами цилиндрической формы 101
2.2.5 Рабочий участок для исследования гидравлических характеристик поперечно-обтекаемых труб 102
2.2.6 Особенности методики проведения опытов и обработки экспериментальных данных гидравлического сопротивления пучков труб с выемками 104
2.2.7 Тестовые опыты по внешнему обтеканию гладких трубных пучков 105
2.3 Экспериментальный стенд для исследования теплогидравлических
характеристик каналов с поверхностными вихрегенераторами 106
2.3.1 Рабочий участок для определения коэффициентов теплоотдачи и гидросопротивления плоских каналов с цилиндрическими выемками 107
2.3.2 Тестовые эксперименты гидросопротивления и средней теплоотдачи плоского гладкого канала 108
2.4 Неопределенность измерений 109
Глава 3. Методология численных исследований 111
3.1 Геометрия исследуемых каналов 111
3.1.1 Плоский канал с пакетом цилиндрических выемок 111
3.1.2 Плоский канал с одиночными выемками различной формы 112
3.2 Расчетные сетки 113
3.2.1 Расчетная сетка плоского канала с пакетом цилиндрических выемок 113
3.2.2 Расчетная сетка плоского канала с одиночным вихрегенератором различной формы
3.3 Граничные условия 117
3.4 Методология решения 121
3.5 Обработка результатов 123
3.6 Анализ траекторий сходимости 124
3.7 Тестирование, верификация и валидация численного исследования 125
3.7.1 Сравнение результатов при граничных условиях T=const и q=const 125
3.7.2 Сравнение различных версий MSST 128
3.7.3 Валидация 133
Глава 4. Теплогидравлические характеристики каналов с кольцевыми и полусферическими выступами 135
4.1 Гидравлическое сопротивление и теплоотдача труб с кольцевыми выступами в области низких чисел Рейнольдса 135
4.2 Теплоотдача и гидросопротивление труб с кольцевыми выступами на переходных режимах течения 139
4.3 Эффективность труб с кольцевыми выступами по критерию аналогии Рейнольдса 143
4.4 Анализ гидродинамической картины обтекания и механизмов интенсификации теплоотдачи в каналах с полусферическими выступами 145
4.5 Гидросопротивление и теплоотдача труб с полусферическими выступами 149
4.6 Эффективность труб с полусферическими выступами по критерию аналогии Рейнольдса 154 Заключение по главе 4 157
Глава 5 Физические подходы к выбору рациональной формы поверхностных генераторов спиралевидных вихрей 158
5.1 Результаты визуализации обтекания цилиндрических выемок 158
5.1.1 Ламинарное безотрывное обтекание цилиндрической выемки 158
5.1.2 Ламинарное обтекание цилиндрической выемки с присоединением потока 159
5.1.3 Ламинарное обтекание цилиндрической выемки без присоединения потока 160
5.1.4 Турбулентное обтекание выемки без присоединения потока
5.2 Диаграмма режимов течения на поверхности с цилиндрической выемкой 164
5.3 Теплоотдача и гидросопротивление плоских каналов с цилиндрическими выемками
5.3.1 Гидросопротивление каналов с цилиндрическими выемками в области низких чисел Рейнольдса 168
5.3.2 Гидросопротивление каналов с цилиндрическими выемками при турбулентных числах Рейнольдса 169
5.3.3 Теплоотдача каналов с цилиндрическими выемками для турбулентных чисел Рейнольдса 169
5.4 Эффективность каналов с цилиндрическими выемками по критерию аналогии Рейнольдса 170
5.5 Исследования структуры течения в следе за цилиндрическими выемками 173
5.6 Численные исследования поверхностных вихрегенераторов
5.6.1 Расчет плоского канала с пакетом цилиндрических выемок 177
5.6.2 Численное исследование локальных характеристик одиночной выемки 181
5.6.3 Диаграмма режимов течения на поверхности со сферической выемкой 192
5.7 Результаты экспериментального исследования овально-траншейных углублений 194
5.7.1 Эволюция обтекания овальных выемок при угле натекания =90 194
5.7.2 Эволюция обтекания овальных выемок при угле натекания =67,5 197
5.7.3 Эволюция обтекания овальных выемок при угле натекания =45 199
5.7.4 Диаграмма режимов течения на поверхности с овальной выемкой умеренного удлинения 201
5.7.5 Обоснование выбора угла наклона овальных выемок умеренного удлинения к потоку 202
5.8 Анализ влияния размеров овально-траншейного углубления рациональной формы 204
5.8.1 Распределение давления в канале с одиночным овально-траншейным углублением 204
5.8.2 Распределение трения в канале с одиночным овально-траншейным углублением 206
5.8.3 Локальные и интегральные числа Нуссельта. Поля температуры. Эволюция полей тепловых потоков и картин растекания трения в канале с одиночным углублением 212
5.8.4 Распределение скорости в канале с одиночным углублением 226
5.8.5 Распределения турбулентных характеристик в канале с одиночным углублением 230
5.8.6 Анализ интегральных характеристик эффективности одиночных овально-траншейных углублений 231
Заключение по главе 5 235
Глава 6 Практические аспекты реализации поверхностных вихрегенераторов в теплообменных аппаратах транспортного и энергетического оборудования 238
6.1 Система рециркуляции отработанных газов EGR в составе газопоршневого двигателя КамАЗ модели 820.60-260 242
6.2 Теплообменник-утилизатор теплоты вспомогательной силовой установки автомобиля КамАЗ 250
6.3 Испытания кожухотрубного теплообменного аппарата в широком диапазоне основных режимных параметров
6.3.1 Теплогидравлические характеристики теплообменного аппарата типа «воздух-вода» 254
6.3.2 Теплогидравлические характеристики теплообменного аппарата типа «вода-вода» 256
6.3.3 Теплогидравлические характеристики теплообменного аппарата типа «масло-тосол» 257
6.3.4 Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по тепловой мощности теплообменных аппаратов
6.4 Мероприятия по снижению гидравлического сопротивления трубных пучков со сферическими выемками на внешней поверхности 260
6.5 Система охлаждения силового тиристора на основе оребренных тепловых труб
6.5.1 Охлаждение силового тиристора на основе оребренных тепловых труб при свободной конвекции 267
6.5.2 Охлаждение силового тиристора на основе оребренных тепловых труб при вынужденной конвекции 268
6.6 Пределы прочности и механические характеристики теплообменных труб с поверхностными вихрегенераторами 270
Заключение 277
Список сокращений и условных обозначений 280
Список литературы 285
