Доник Т. В. Теплообмін та гідродинаміка в трубі з завихрювачем часткової закрутки потоку на основі хрестоподібної вставки

Дисертація присвячена експериментальному і теоретичному (комп'ютерному) дослідженню теплообміну, гідравлічного опору, локальної та вихрової структури турбулентного повітряного потоку в круглій трубі з завихрювачем часткової закрутки потоку на основі хрестоподібної вставки. Часткова закрутка створюється поблизу поверхні теплообміну за допомогою відігнутих елементів висотою 0,01 м, шириною 0,03 м і кутом їх повороту в широкому діапазоні. Конструкція завихрювача забезпечує широкий діапазон зміни кута закрутки потоку поблизу поверхні каналу, вона захищена патентом України на корисну модель. В експериментах кут закрутки змінювався від 15 до 45 градусів. Дослідження середнього теплообміну в трубі з завихрювачем часткової закрутки потоку показали, що фактор інтенсифікації теплообміну змінюється по кривій з максимумом і мінімумом, що обумовлено відповідною поведінкою фактора вихрового перемішування потоку. Гідравлічний опір монотонно збільшується з ростом кута закрутки потоку. Узагальнення опублікованої бази даних показало, що інтенсифікатори теплообміну різної конструкції, що мають загальний механізм інтенсифікації теплообміну за рахунок закрутки, відриву потоку і вихрового перемішування, характеризуються єдиною залежністю для фактора аналогії Рейнольдса. Комп'ютерне моделювання потоку в трубі з частковою закруткою, дозволило виявити особливості зміни швидкості потоку, турбулентності і кута закрутки області поблизу стінки та на основі теорії гвинтової лінії визначити внесок окремих складових (швидкість потоку, закрутка, турбулентність, вихрове перемішування) в інтенсифікацію теплообміну. На основі виконаних досліджень вперше запропоновано поняття коефіцієнта якості інтенсифікатора теплообміну, де базовим є фактор аналогії Рейнольдса для поверхневих заглибин при низьких числах Рейнольдса. Показано, що всі використовувані в сучасній практиці інтенсифікатори характеризуються зміною цього коефіцієнта у вузькому діапазоні від 0,37 до 1,0, а для досліджених завихрювачів часткової закрутки потоку коефіцієнт якості змінюється від 0,50 до 0,62.На основі виконаних досліджень розроблено методику розрахунку середнього теплообміну і гідравлічного опору в трубі з завихрювачем часткової закрутки потоку на основі хрестоподібної вставки.