Естественная конвекция и поверхностное излучение во вращающейся дифференциально-обогреваемой кубической полости

Автор: Степан Андреевич Михайленко

Соавторы: Шеремет М.А.

Организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

Исследование конвективного тепломассопереноса в условиях теплообмена излучением играет важную роль при решении множества инженерных задач, например, при проектировании роторных теплообменников [1], солнечных концентраторов [2], систем охлаждения электронной аппаратуры [3].

Целью настоящей работы является математическое моделирование конвективно-радиационного теплопереноса во вращающейся дифференциально-обогреваемой кубической полости, заполненной диатермичной средой.

Кубическая полость (рис. 1) заполнена ньютоновской жидкостью, удовлетворяющей приближению Буссинеска. Система вращается против часовой стрелки с постоянной угловой скоростью ξ₀ вокруг оси x, проходящей через центр области решения. Левая стенка нагревается при температуре T_h, правая охлаждается при температуре T_c, остальные стенки являются адиабатическими. Среда считается прозрачной для излучения, внутренние поверхности стенок являются серыми излучателями и отражателями энергии теплового излучения.

Система дифференциальных уравнений Обербека–Буссинеска записана в безразмерном виде с использованием переменных «векторный потенциал – вектор завихренности». Сформулированная краевая задача решена методом конечных разностей на равномерной сетке.

Исследовано влияние вращения и теплового излучения на гидродинамику и теплоперенос. Отдельно проанализирован вклад переносной силы инерции в формирование полей скорости и температуры. Проведено сравнение с результатами двумерной модели.

1.Huang S.-C., Wang C.-C., Liu, Y.-H. Heat transfer measurement in a rotating cooling channel with staggered and inline pin-fin arrays using liquid crystal and stroboscopy // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. № 115. P. 364–376.

2.Wu W., Amsbeck L., Buck R., Waibel N., Langner P., Pitz-Paal R. On the influence of rotation on thermal convection in a rotating cavity for solar receiver applications // Applied Thermal Engineering. 2014. № 70(1). P. 694–704.

3.Banerjee S., Mukhopadhyay A., Sen S., Ganguly R. Thermomagnetic Convection in Square and Shallow Enclosures for Electronics Cooling // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2009. № 55(10). P. 931–951.