RANS подходы моделирования конвективного теплообмена в пучках труб при двухмерной и трехмерной постановке
Аннотация
Дата поступления статьи: 03.11.2024В данной статье рассмотрен вопрос выбора модели турбулентности при прогнозировании теплоотдачи в пучках труб с учётом двухмерной и трёхмерной постановки. Численное исследование проводилось для коридорного и шахматного пучка труб с помощью программного продукта Ansys Fluent c тремя RANS моделями турбулентности (k-ω SST, RSM EWT и RNG k-ε) и ламинарным решателем. Длина трубок l при трехмерной постановке соответствовала 0,5D и 3D при фиксированном диаметре трубок D. Число Рейнольдса Re находилось в диапазоне от 100 до 2900. Результаты показали, что выбор модели турбулентности влияет на качественную картину течения в пучках труб, при этом независимо от выбора модели турбулентности в течении преобладают двухмерные структуры. Поэтому длина трубок пучка практически не оказывает влияние на способность предсказывать интенсивность теплообмена. Показано, что при использовании ламинарного решателя влияние длины трубок пучка может быть значительно в зависимости от Re и компоновки пучка. Экспериментальные данные согласуются с результатами расчета для моделей RSM EWT и RNG k-ε EWT. Для шахматного пучка при выборе k-ω SST модели наблюдается удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными, при этом теплоотдача коридорного пучка существенно ниже. Использование ламинарного решателя в стационарной постановке оправдано для выраженного ламинарного течения, при Re < 1000 c дальнейшим увеличением Re необходимо использовать нестационарную постановку с достаточным временным и пространственным разрешением.
Ключевые слова: конвективный теплообмен, коридорный пучок труб, шахматный пучок труб, компьютерное моделирование, моделирование турбулентности
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
.