Разработка и анализ модели теплопереноса в компактных пористых теплообменниках систем управления авиационной и космической техники

Д. А. Коновалов

Аннотация


Проведено исследование тепловых и гидравлических характеристик в пористых теплообменниках на примере плоской геометрии в условиях интенсивного тепловыделения с компактных поверхностей. В рамках феноменологической теории предложена математическая модель конвективного теплопереноса в пористом теплообменном элементе для сопряжённых уравнений Дарси-Бринкмана-Форчхеймера в приближении Дарси-Бринкмана и уравнений Шуманна при тепловых граничных условиях второго рода. Методом интегрального преобразования аналитически получено точное решение гидродинамической и тепловой задач. Получены зависимости для определения поля скоростей, длины гидродинамического начального участка, гидравлического сопротивления трения по Фаннингу, локальных температур скелета пористой матрицы и жидкого охладителя, локальных чисел Нуссельта. Проведена оценка влияния пористости, проницаемости, чисел Дарси и Рейнольдса на тепловую и гидравлическую обстановку в пористом компактном теплообменнике. Установлены рациональные диапазоны для различных гидравлических и тепловых характеристик разрабатываемых пористых компактных теплообменников. Исследованы критические режимы работы теплообменников. Полученные данные не противоречат классическим результатам. Разработана инженерная методика, отличающаяся от известных инвариантностью, позволяющая обоснованно определять конструктивные характеристики компактных пористых теплообменных элементов систем управления авиационной и космической техники.


Ключ. слова


Компактный теплообменник; пористый элемент; тепловая защита; конвективный теплообмен

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах / под ред. Ю.А. Кузма-Кичты. М.: ЦНИИатоминформ, 2008. 532 с.

2. Коновалов Д.А., Дроздов И.Г., Шматов Д.П., Дахин С.В., Кожухов Н.Н. Разработка и моделирование микроканальных систем охлаждения. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2013. 222 с.

3. Hsu C.T., Cheng P. Thermal dispersion in porous medium // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1990. V. 33, Iss. 8. P. 1587-1597. DOI: 10.1016/0017-9310(90)90015-M

4. Gamal A.A., Furmanski P. Problems of modeling flow and heat transfer in porous media // Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej. 1997. No. 85. P. 55-88.

5. Bear J., Bachmat Y. Introduction to Modeling of Transport Phenomena in Porous Media. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1990. 554 p.

6. Beji H., Gobin D. Influence of thermal dispersion on natural convection heat transfer in porous media // Numerical Heat Transfer. 1992. V. 22, Iss. 4. P. 487-500. DOI: 10.1080/10407789208944779

7. Amiri A., Vafai K. Analysis of dispersion effects and non-thermal equilibrium, non-Darsian vairiable porosity incompressible flow through porous media // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1994. V. 37, Iss. 6. P. 939-954. DOI: 10.1016/0017-9310(94)90219-4

8. Попов И.А. Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Казань: Центр информационных технологий, 2007. 240 с.

9. Izadpanah M.R., Muller-Steinhagen H., Jamialahmadi M. Experimental and theoretical studies of convective heat transfer in a cylindrical porous medium // International Journal of Heat and Fluid Flow. 1998. V. 19, Iss. 16. P. 629-635. DOI: 10.1016/s0142-727x(98)10035-8

10. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. 521 с.

11. Ingham D.B., Bejan A., Mamut E., Pop I. Emerging Technologies and Techniques in Porous Media. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2004. 500 p.

12. Shah R.K., London A.L. Laminar flow forced convection in ducts. New York: Academic Press, 1978. 492 p.

13. Интенсификация теплообмена: Тематический сборник / под ред. А.А. Жукаускаса, Э.К. Калинина. Вильнюс: Мокслас, 1988. 185 с.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-2-36-46

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533