1
УДК 526.24
Моделирование конвективного теплообмена
в призматических каналах с различной
геометрией сечения
© Н.В. Кирюхина
1
, А.К. Горбунов
2
, Н.А. Силаева
2
1
Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,
Калуга, 248023, Россия
2
Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калуга, 248000, Россия
Описана математическая модель теплообмена при развитом ламинарном тече-
нии в призматических каналах прямоугольного и треугольного сечений, включа-
ющая уравнение движения жидкости и уравнение энергии с граничными услови-
ями второго рода на стенках канала. Приведены аналитические решения для по-
ля скоростей, полученные из уравнения движения жидкости. Решение уравнения
энергии получено численным методом конечных разностей. В основу алгоритма
расчета была положена разностная схема, аппроксимирующая краевую задачу,
построенная на пятиточечном шаблоне. Указанный алгоритм реализуют про-
граммы, позволяющие рассчитать поля скоростей и температур в каналах,
определить локальные и средние характеристики теплоотдачи. В перспективе
предполагается построение алгоритма и разработка программы для численного
решения задачи о конвективном теплообмене в канале более сложной геометрии
с выступами на стенках.
Ключевые слова:
конвективный теплообмен, математическое моделирование,
метод конечных разностей.
Исследование процессов движения жидкости и теплоотдачи в
трубах и каналах имеет большое практическое значение для проек-
тирования и эксплуатации различных элементов энергетического
оборудования.
Одним из методов повышения эффективности работы теплооб-
менных установок является увеличение поверхности теплообмена
путем оребрения. Существует большое количество геометрических
разновидностей таких поверхностей. В частности, поверхности пла-
стинчато-ребристых теплообменников могут иметь каналы прямо-
угольного, треугольного и трапециевидного сечений.
В настоящее время лучше всего изучены процессы теплоотдачи
при движении теплоносителя в круглых трубах. Если канал имеет
некруглое поперечное сечение, то расчет теплоотдачи в нем произ-
водится, как правило, на основе соотношений, установленных для
круглых труб, с учетом эквивалентного или гидравлического диа-
метра [1]: