Методы математического моделирования гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями
В Руководящий Документ по стандартизации РД 24.035.05−89 -«Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС» (НПО ЦКТИ) — в практику проведения расчетно-экспериментальных работ в обоснование работоспособности модернизированных конструкций ТВС ВВЭР — 440 и РБМК — 1 ОООв научно-исследовательские разработки РНЦ «Курчатовский институт» по обоснованию способов интенсификации… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Современное состояние исследований в области изучения гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями
- 1. 1. Введение
- 1. 2. Виды завихрителей и их применение для интенсификации теплообмена
- 1. 3. Физические особенности турбулентных закрученных потоков в каналах с завихрителями
- 1. 3. 1. Вопросы терминологии Определение понятия «закрученный поток» Оценка интенсивности закрутки потока
- 1. 3. 2. Основные закономерности закрученных течений. Связь интенсивности закрутки потока с формированием поля скорости закрученного течения в канале
- 1. 3. 3. Вторичные течения
- 1. 3. 4. Отрыв и присоединение потока
- 1. 4. Факторы, влияющие на вихревую структуру потока, гидравлическое сопротивление и теплообмен в каналах с завихрителями
- 1. 4. 1. Форма завихрителей
- 1. 4. 2. Загромождение канала
- 1. 4. 3. Степень турбулентности потока
- 1. 4. 4. Шаг расположения закручивающих элементов и угол скоса потока
- 1. 4. 5. Продольная кривизна
- 1. 5. Современное состояние проблемы расчетного моделирования сложных турбулентных течений
- 1. 5. 1. Использование моделей турбулентности для расчета криволинейных и закрученных течений
- 1. 5. 2. Различные подходы к построению расчетных методов сложных турбулентных течений
- 1. 6. Опыт разработки инженерных методов расчета для каналов сложной геометрии с закруткой потока
- 1. 7. Выводы
- Глава 2. Теоретические основы расчетного моделирования гидродинамики и теплообмена в каналах с закручивающими устройствами
- 2. 1. Принципы расчетного моделирования
- 2. 2. Постановка задачи. Вывод расчетных уравнений
- 2. 2. 1. Система исходных уравнений
- 2. 2. 2. Процедура пространственного осреднения
- 2. 2. 3. Уравнения для осредненных компонент скорости и давления «
- 2. 2. 4. Осреднение уравнения энергии
- 2. 3. Формулировка замыкающих феноменологических соотношений
- 2. 3. 1. Описание силового воздействия завихрителей на поток
- 2. 3. 2. Описание компонент тензора сопротивления
- 2. 3. 3. Моделирование эффективного переноса в каналах с завихрителями
- 3. 1. Постановка задачи
- 3. 2. Гидродинамический расчет кольцевых каналов с непрерывными по длине спиральными завихрителями
- 3. 2. 1. Оценка эффективной вязкости 137 гф 3.2.2. Вычислительный алгоритм метода гидродинамического расчета
- 3. 3. Расчет теплообмена в кольцевых каналах с завихрителями 147 I 3.3.1. Уравнение теплового баланса
- 3. 3. 2. Интегральные соотношения в форме интегралов Лайона для расчета теплоотдачи в кольцевых каналах с завихрителями при произвольном соотношении тепловых нагрузок
- 3. 4. Гидротепловой расчет винтообразных каналов
- 3. 5. Верификация расчетного метода. Сравнение результатов расчетов и экспериментов
- 4. 1. Постановка задачи. Вывод расчетных уравнений
- 4. 1. 1. Введение
- 4. 1. 2. Вывод интегральных уравнений
- 4. 1. 3. Описание профиля окружной скорости закрученного потока. Предварительный анализ
- 4. 2. Модель трансформации вихря
- 4. 2. 1. Основные положения
- 4. 2. 2. Система расчетных уравнений
- 4. 2. 3. Параметрическое описание поля скорости. 201 Параметрическое описание тангенциальной компоненты скорости
- 4. 2. 4. Оценка эффективной вязкости
- 4. 3. Влияние завихрителей на теплообмен
- 4. 4. Вычислительный алгоритм метода гидротеплового расчета труб с локальными завихрителями
- 4. 5. Верификация метода расчета гидродинамики и теплообмена труб с локальными завихрителями. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов
- Глава 5. Использование теории Громеки-Бельтрами для анализа условий существования макровихревой структуры внутренних закрученных течений при высоких числах Рейнольдса
- 5. 1. Перенос завихренности
- 5. 2. Винтовое течение в каналах
- 5. 2. 1. Решение для кольцевого канала
- 5. 2. 2. Анализ результатов
- 5. 3. Влияние интенсивности завихренности на структуру закрученных потоков в цилиндрических каналах
- 6. 1. Способы оценки теплогидравлической эффективности каналов с закручивающими устройствами
- 6. 2. Выбор критерия эффективности для решения задач повышения безопасности и эффективности работы ЯЭУ
- 6. 3. Оптимизация геометрии дистанционирующих устройств в кольцевых каналах ТВС
- 7. 1. Интенсификация теплообмена в парогенерирующих каналах ТВС
- 7. 2. Улучшение массогабаритных характеристик авиационного теплообменника
- 7. 3. Уменьшение длины технологических каналов пиролизных печей
- 7. 4. Краткое описание комплексов расчетных программ
Методы математического моделирования гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Проблема интенсификации тепломассообменных процессов имеет важное значение для достижения прогресса в совершенствовании современных и создании новых энергетических и теплообменных аппаратов. Среди многообразия способов интенсификации теплообмена закрутка потоков рабочих сред является одним из наиболее простых и распространенных способов и широко используется в энергонапряженных каналах ядерно-энергетических установок (ЯЭУ), теплообменников, аппаратов авиационной и ракетно-космической техники, химической промышленности и других технических устройств. Это связано с тем, что применение закрученных потоков приводит не только к усилению теплои массообмена, но и выравниванию температурных неравномерностей, стабилизации течений и процессов горения, используется для тепловой защиты стенок каналов, обеспечивает эффективное и экологически чистое сжигание топлива.
В последние годы повышенный интерес вызывает многоцелевое использование закручивающих устройств: например, одновременно в качестве турбулизаторов и закручивателей пристенных слоев жидкости в каналах теплообменных трактов, или в качестве завихрителей и дистанционирующих элементов в межтвэльном пространстве тепловыделяющих сборок и т. д. Многофункциональность закручивающих устройств делает экономически более выгодным обеспечение высокой теплоэнергетической эффективности и надежности работы ЯЭУ и другого теплоэнергетического оборудования. В связи с этим весьма перспективным является использование закручивающих устройств, в небольшой степени перекрывающих проходное сечение каналов: локальных, непрерывных или периодически расположенных завихрителей, винтового оребрения с различной формой выступов, спиральных накаток, проволочных навивок и др. Эти устройства наряду с дополнительным вихреобразованием и турбулизацией пристенной области обеспечивают глобальную циркуляцию (закрутку) потока, благоприятно влияющую на выравнивание температурных неоднородностей и усиление тепломассообменных процессов.
Актуальность решаемой задачи связана с тем, что большое разнообразие конструкций закручивающих устройств и сложная структура турбулентных потоков в каналах с завихрителями обусловили в основном экспериментальный характер проводимых исследований. Полученные при этом расчетные рекомендации носят ограниченный характер и имеют вид обобщающих эмпирических зависимостей, описывающих отдельные типы каналов, завихрителей и режимы течения. Вместе с тем для решения задач повышения эффективности, надежности и безопасности работы энергоустановок и теплообменного оборудования, а также для оптимизации их конструкций в целях снижения материалоемкости и затрат энергии на собственные нужды, необходимо располагать универсальными математическими моделями, что невозможно без разработки методов расчетно-теоретического моделирования закрученных течений в каналах с завихрителями различной геометрии.
Предлагаемая работа предусматривает создание физически обоснованных универсальных методов инженерного расчета процессов гидродинамики и теплообмена для кольцевых и трубчатых каналов с различной геометрией закручивающих устройств. Актуальность разработки таких методов обусловлена практической необходимостью сравнения влияния различных типов завихрителей на гидродинамику и теплообмен в каналах, определения оптимальной геометрии завихрителей и получения надежных количественных оценок теплоэнергетической эффективности каналов с закручивающими устройствами.
Целью диссертационной работы является разработка методов математического моделирования процессов гидродинамики и теплообмена в кольцевых каналах и трубах с завихрителями различной геометрии и обоснование возможности применения этих методов для оптимизации геометрии закручивающих устройств, предназначенных для интенсификации теплообмена, предотвращения локальных перегревов и повышения надежности и теплогидравлической эффективности различных систем контуров циркуляции теплоносителя.
Прикладная направленность работы связана с обоснованием возможности комплексного решения задач повышения безопасности и эффективности работы ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) на основании использования закручивающих устройств в энергонапряженных каналах теплогидравлических трактов ядерных реакторов и теплообменного оборудования.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Предложены общие принципы расчетного моделирования для различных геометрий каналов и завихрителей, заключающие в себе решение следующих проблем:
— проблемы пространственного осреднения трехмерных уравнений динамики сплошной среды для каналов сложной геометрии,.
— проблемы описания эффективных коэффициентов переноса и граничных условий, что связано с переходом к новым характерным масштабам осреднения,.
— проблемы формулировки феноменологических соотношений для описания силового воздействия завихрителей на поток.
2. Для физико-математического моделирования гидродинамики и теплообмена однофазных закрученных течений в трубах с локальными завихрителями предложена модель трансформации вихря. Эта модель дает возможность проследить динамику изменения полей скорости, давления и температуры в цилиндрических каналах как в области нарастающей интенсивности крупномасштабной циркуляции потока в зоне расположения завихрителей, так и в области затухания закрученного потока.
3. Для оценки теплоотдачи в кольцевых каналах с завихрителями получены новые аналитические решения в форме модифицированных интегралов Лайона. Это дает возможность расчетным путем определить среднюю величину коэффициентов теплоотдачи у выпуклой и вогнутой поверхностей канала при произвольном соотношении тепловых нагрузок, используя преимущество аналитических решений — минимальное время счета и универсальность относительно формы и области расположения завихрителей.
4. Разработаны методы математического моделирования гидродинамики и теплообмена для двух наиболее характерных типов каналов с завихрителями различной конфигурации: •.
— метод расчета круглых каналов с локальными или периодически расположенными завихрителями и.
— метод расчета кольцевых каналов со спиральными вставками или оребрением.
Универсальность этих методов относительно изменения формы и области расположения завихрителей в каналах позволяет провести сравнительный анализ влияния различных устройств, генерирующих закрутку потока, на поля скоростей, давлений и температур, гидравлическое сопротивление и теплоотдачу в каналах.
5. Рассмотрена возможность применимости теории винтовых потоков для исследования вихревой структуры реальных высокоскоростных закрученных течений в случае преобладания сил инерции над силами вязкости. Получено аналитическое решение для описания винтового течения потока Громеки-Бельтрами) в полубесконечном кольцевом канале. Проведено расчетное исследование влияния интенсивности завихренности потока и геометрических параметров каналов, образованных цилиндрическими поверхностями, на вихревую структуру закрученных течений.
6. Разработаны комплексы расчетных программ «VORTEX» и «CIRCAN», позволяющие на основе проведения вычислительных экспериментов получить рекомендации по выбору оптимальной геометрии каналов и завихрителей, что снижает объем дорогостоящих физических экспериментов.
7. Предложен метод оценки эффективности использования закручивающих устройств в энергонапряженных каналах активных зон ядерных реакторов со сложным законом тепловыделения, что дает возможность оптимизировать геометрию каналов с целью повышения их теплотехнического запаса.
8. Решен ряд оптимизационных задач, в которых максимальный эффект интенсификации теплообмена достигается за счет оптимизации геометрии завихрителей.
Достоверность научных положений, результатов и выводов обеспечена их внутренней согласованностью и непротиворечивостью, соответствием твердо установленным теоретическим и экспериментальным фактам/.
Практическая значимость работы заключается в создании и верификации универсальных методов расчета процессов гидродинамики и теплообмена, необходимых для проведения различных инженерных расчетов турбулентных закрученных течений в энергонапряженных каналах сложной геометрии.
Результаты работы предназначены для создания высокоэффективных, надежных, экономичных и безопасных теплообменных и энергетических установок, применяемых в ядерной энергетике, а также в авиационной и ракетно-космической технике, химической и других отраслях промышленности.
В качестве примеров решения прикладных задач в диссертационной работе рассмотрено применение разработанных методов и программ для оптимизации геометрии парогенерирующих каналов ЯЭУ, каналов пиролизных печей, уменьшения массогабаритных характеристик авиационных теплообменников. Результаты расчетов положены в основу технологии организации направленных газовых потоков в многопрофильной теплообменной аппаратуре химической промышленности (а именно, в утилизаторе тепла нитрозных газов, подогревателе хвостовых нитрозных газов и расширительной колонне при проведении пусконаладочных и ремонтных работ).
Практическая ценность выполненной работы подтверждается актами о внедрении:
— в Руководящий Документ по стандартизации РД 24.035.05−89 -«Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС» (НПО ЦКТИ) — в практику проведения расчетно-экспериментальных работ в обоснование работоспособности модернизированных конструкций ТВС ВВЭР — 440 и РБМК — 1 ОООв научно-исследовательские разработки РНЦ «Курчатовский институт» по обоснованию способов интенсификации теплоотдачи в тепловыделяющих каналах. Автор защищает: методологию расчетного моделирования сложных турбулентных закрученных течений в каналах с закручивающими устройствами, заключающую в себе использование феноменологического подхода и разработку принципов построения физико-математических моделей сложных течений, в основе которых лежит выявление общих закономерностей и особенностей рассматриваемых физических явленийобщую концепцию построения математических моделей, основанную на применении процедуры пространственного осреднения уравнений динамики сплошной средымодель трансформации вихря и основанный на ее применении интегрально-параметрический метод Гидротеплового расчета труб с локальными завихрителями произвольной геометриианалитические решения в виде модифицированных интегралов Лайона, полученные. для оценки теплоотдачи на выпуклой и вогнутой поверхностях кольцевого канала со спиральными завихрителямиметод расчета гидродинамики и теплообмена в кольцевых каналах со спиральными завихрителями произвольной геометриианалитическое решение для описания винтового течения в полубесконечном кольцевом канале с произвольным соотношением радиусов и возможность использования теории Громеки-Бельтрами для анализа условий существования макровихревой структуры внутренних закрученыых течений при высоких числах Рейнольдсавыбор целевой функции и критерия эффективности для решения задач повышения безопасности и эффективности работы .ЯЭУ при использовании закручивающих устройствкомплексы расчетных программ, разработанных на основе предложенных методов расчета с применением теории численных методов и оптимизации схем итерационнной сходимости решений (язык программирования — ФОРТРАН) — способы решения оптимизационных задач на основе проведения вычислительных экспериментовспособ повышения тепловой мощности и надежности работы ТВС ЯЭУ за счет снижения температурных неравномерностей в твэлах при использовании закручивающих устройств оптимальной геометрии. Работы в данной области были поддержаны грантом РФФИ № 01−217 054 в области теплофизики и теплоэнергетики, тремя грантами Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области авиационной и ракетно-космической техники, и грантом Минобразования РФ ТОО-1.2−1252 в области теплоэнергетики.
Личный вклад автора. В основу диссертации легли результаты исследований, выполненных автором на кафедре Теплофизики Московского инженерно-физического института (государственного университета). Постановка теоретических задач и способов их решения, а также анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований осуществлялись при непосредственном участии автора. Разработка принципов расчетного моделирования, методов расчета и их верификация, получение аналитических и численных решений, а. также разработка комплексов расчетных программ осуществлялись лично автором.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-ом и 3-ем Минском международном форуме по теплои массообмену (Минск, 1992, 1996), на 1-ой и 2-ой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1994, 1998), на 2-ой международной научно-технической. конференции «Актуальные проблемы фундаментальных наук» (Москва, 1994 г.), на 10-ой и 11-ой международных конференциях по теплообмену (Брайтон, Великобритания 1994 г. и Кунджу, Южная Корея 1998 г.), на 2-ой Европейской конференции по теплофизике и 14-ой Итальянской национальной конференции по теплообмену (Италия, Рим, 1996 г.), на 4-ой Всемирной конференции по экспериментальным методам теплообмена, механики жидкости и термодинамики (World Conference on.
Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics ExHFT 4, Брюссель, Бельгия. 1997 г.), на Международной конференции по перспективному использованию теплообменников (Лиссабон, Португалия,.
1998 г.), на 4-й Минском Международном Форуме по теплои массообмену (Минск, май 2000 г.), на 3-ей Европейской конференции по теплофизике (Гейдельберг, Германия, сентябрь 2000 г.), на Всероссийской конференции «Закрутка потока для повышения эффективности теплообменников» (Москва, апрель 2002 г.), на научных сессиях МИФИ (1998, 1999, 2000, 2001 и 2002 г. г.), на межотраслевых научных конференциях ФЭИ «Теплофизика» (1988, 1994, 2000 г. г.), на научном семинаре «Проблемы ядерных реакторов» в 1999 г. (РНЦ КИ, руков. академик Н.С. Хлопкин), на научном семинаре «Парадоксы и нерешенные задачи гидродинамики и тепломассообмена» в.
1999 г. (ИВТ РАН, руков. академик А.И. Леонтьев).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 43 печатных работы, из них 1 патент на изобретение и 7 докладов в иностранных издательствах в трудах международных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, приложений и списка литературы. Она изложена на 321 странице машинописного текста и снабжена по тексту 83 иллюстрациями и 7 таблицами.
Список литературы
содержит 269 наименований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Итогом выполнения диссертационной работы являются следующие результаты:
1. На основании проведенного анализа современного состояния исследований в области изучения гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями сделаны следующие обобщения:
— систематизированы данные о видах завихрителей и их использовании для интенсификации теплообмена в цилиндрических каналах;
— выявлены основные закономерности и физические особенности турбулентных закрученных потоков в каналах с завихрителями;
— выделены основные факторы, влияющие на вихревую структуру потока, гидравлическое сопротивление и теплообмен в каналах с завихрителямирассмотрен ряд эффектов, приводящих к изменению величины профильного сопротивления обтекаемых спиральных элементовполучен ряд новых обобщающих зависимостей по учету влияния выделенных факторов на сопротивление завихрителей в каналах;
— дан анализ различных подходов к построению расчетных методов сложных турбулентных течений: рассмотрены вопросы применимости двухпараметрических диссипативных моделей турбулентности типа к—s и многопараметрических (включая алгебраические) моделей для рейнольдсовых напряжений к расчету закрученных теченийрассмотрено применение дифференциальных и интегральных методов математического моделирования, а также современных развивающихся методов (моделирования крупных вихрей, прямого численного моделирования и «гибридного» метода моделирования отсоединенных вихрей) — проанализирован опыт разработки инженерных методов расчета для каналов сложной геометрии с закруткой потока.
2. Разработана методология расчетного моделирования сложных турбулентных закрученных течений в каналах с закручивающими устройствами, заключающая в себе использование феноменологического подхода и разработку принципов построения физико-математических моделей сложных течений, в основе которых лежат выявленные общие закономерности и особенности физической природы рассматриваемых вихревых течений.
3. Разработана общая концепция построения математических моделей, основанная на применении процедуры пространственного осреднения трехмерных уравнений динамики сплошной среды в каналах цилиндрической геометрии при наличии в них завихрителей произвольной формы.
4. Совместно с разработкой процедуры пространственного осреднения были решены вопросы описания эффективных коэффициентов переноса (эффективной вязкости и теплопроводности), постановки граничных условий, что связано выбором характерных масштабов осреднения), а также рассмотрена проблема формулировки замыкающих феноменологических соотношений для описания силового воздействия завихрителей на поток, связанная с обоснованием использования гипотезы анизотропии сопротивления в каналах с завихрителями.
5. На основе предложенных принципов расчетного моделирования разработан метод расчета гидродинамики и теплообмена для кольцевых каналов с произвольным соотношением радиусов и непрерывными по длине спиральными завихрителями, имеющими различную форму и частично или полностью перекрывающими ширину канала. Метод дает возможность:
— рассчитать гидравлическое сопротивление кольцевых каналов с различными закручивающими устройствами и теплоотдачу у выпуклой и вогнутой поверхностей канала при однофазном закрученном турбулентном течении теплоносителя;
— оценить влияние геометрии завихрителей на интенсивность закрутки потока и распределение осредненных полей скорости, давления и температуры в кольцевых каналах;
— оценить вклад в процесс интенсификации теплообмена двух составляющих: закрутки потока, генерируемой спиральными завихрителями, и эффекта оребрения или развития поверхности, что позволяет использовать разработанный метод для решения оптимизационных задач.
Для оценки теплоотдачи в кольцевых каналах с завихрителями получены интегральные соотношения в форме модифицированных интегралов Лайона. Это позволяет расчетным путем определить коэффициенты теплоотдачи у выпуклой и вогнутой поверхностей канала при произвольном соотношении тепловых нагрузок, используя преимущество аналитических решений — минимальное время счета и универсальность относительно формы и области расположения завихрителей.
Как предельный случай применения расчетного метода рассмотрено его использование для винтообразных каналов, ширина кольцевого зазора в которых полностью перекрыта спиральными элементами. Верификация предложенного метода расчета, основанная на проведенном сравнении с экспериментальными данными различных авторов, показала хорошее согласование результатов расчетов и экспериментов в исследованной области режимных параметров как для кольцевых каналов с частичным перекрытием их ширины спиральными закручивателями, так и для винтообразных каналов.
6. Для описания процессов гидродинамики и теплообмена при движении однофазных закрученных потоков в трубах с локальными завихрителями предложена модель трансформации вихря. Эта модель дает возможность проследить динамику изменения полей скорости, давления и температуры в цилиндрических каналах как в области нарастающей интенсивности крупномасштабной циркуляции потока в зоне расположения завихрителей, так и в области затухания закрученного потока.
7. На основе применения модели трансформации вихря разработан интегрально-параметрический метод гидротеплового расчета труб с локальными завихрителями произвольной геометрии. В систему основных расчетных уравнений метода входят осредненные интегральные уравнения сохранения импульса, потока вихря и энергии и замыкающие феноменологические соотношения для определения компонент тензора сопротивления и внутреннего скоростного формпараметра модели трансформации вихря. Метод дает возможность:
— рассчитать распределения всех трех компонент осредненной скорости, угла закрутки потока и давления по длине и радиусу канала;
— описать поле скорости закрученного потока, соответствующее рециркуляционному режиму течения при высоких интенсивностях закрутки потока;
— определить коэффициенты гидравлического сопротивления и теплоотдачи при варьировании геометрических параметров завихрителей;
— учесть вклад различных механизмов в процесс интенсификации теплообмена при использовании завихрителей в каналах. Верификация предложенного метода расчета, проведенная на основе сравнения результатов расчета с экспериментальными данными различных авторов по измерению профилей скорости закрученных потоков, определению коэффициентов гидравлического сопротивления и теплоотдачи, может служить обоснованием применения данного метода для инженерных расчетов.
8. Получено новое аналитическое решение для описания винтового течения в полубесконечном кольцевом канале с произвольным соотношением радиусов. Это дало возможность выявить топологические особенности внутренних закрученных течений и использовать теорию винтовых потоков (теорию Громеки-Бельтрами) для анализа условий существования детерминированной макровихревой структуры закрученных потоков в цилиндрических каналах при высоких числах Рейнольдса.
9. Разработаны два комплекса расчетных программ: «CIRCAN» — для кольцевых каналов с закручивающими устройствами и «VORTEX» — для труб с локальными завихрителями, созданных на основе предложенных методов расчета с применением теории численных методов и оптимизации схем итерационной сходимости решений (язык программирования — ФОРТРАН).
10. Рассмотрена проблема оценки теплогидравлической эффективности каналов с закручивающими устройствами. Предложен критерий эффективности использования закручивающих устройств в энергонапряженных каналах активных зон ядерных реакторов со сложным законом тепловыделения.
11. Рассмотрены способы решения оптимизационных задач на основе проведения вычислительных экспериментов. Универсальность разработанных расчетных методов относительно изменения формы и области расположения завихрителей в каналах, дает возможность провести сравнительный анализ влияния различных устройств, генерирующих закрутку потока, на гидравлическое сопротивление и теплоотдачу в каналах и указать оптимальную геометрию завихрителей, соответствующую выбранной целевой функции оптимизации.
12. Проведено расчетное исследование по обоснованию возможности интенсификации теплообмена в кольцевых каналах тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов со сложным законом тепловыделения посредством обеспечения закрутки потока в каналах с помощью дистанционирующих спиралей оптимальной геометрии. Установлено, что для каналов со сложным законом тепловыделения основной эффект влияния закрутки на улучшение теплового режима, заключающийся в выравнивании температурных неоднородно стей в азимутальном направлении, дает возможность обеспечить дополнительный запас до уровня опасных температур или повысить тепловую мощность ТВС.
13. Решен ряд оптимизационных задач, имеющих различную техническую направленность. На примерах решения задач 1) — об оптимизации геометрии дистанционирующих устройств в кольцевых каналах ТВС ЯЭУ и 2) — о выборе оптимальной геометрии завихрителей для интенсификации теплообмена в парогенерирующих каналах ТВС показано, что использование закручивающих устройств в энергонапряженных каналах ядерно-энергетических установок связано с возможностью комплексного решения проблем повышения безопасности и эффективности работы ядерных реакторов. Закручивающие устройства в каналах ЯЭУ могут быть использованы как в целях интенсификации теплообмена, так и для предотвращения локальных перегревов в сборках тепловыделяющих элементов. Решены также задачи: 3) — о снижении массогабаритных характеристик авиационного воздухо-воздушного теплообменника и 4) — об уменьшении длины технологических каналов пиролизных печей.
14. Проведенное всестороннее сравнение расчетных результатов с данными экспериментальных измерений показало их хорошее совпадение в диапазоне чисел Рейнольдса 5−103-г106, что может служить обоснованием применения разработанных методов расчета для определения теплогидравличсских характеристик каналов с завихрителями при развитом турбулентном течении однофазных теплоносителей.
Практическое использование результатов диссертациошюй работы подтверждено актами о внедрении.
Список литературы
- Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение. 1984.- С. 316−366.
- Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. 2-е изд., перераб. и доп. М.:Машиностроение.- 1980.- 331 с.
- Щукин В.К., Халатов А. А. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в о се симметричных каналах. М.: Машиностроение.-1982.- 200 с.
- Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. Киев: Наук. Думка.-1989.-192с.
- Кутателадзе С.С., Волчков Э. П., Терехов В. И. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР- 1987.- 282 с.
- Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки / Пер. с англ.- М.: Мир-1987.-588 с.
- Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение. 1969.- 183 с.
- Гольдштик М.А. Вихревые потоки. Новосибирск.: Наука.- 1981.- 366 с.
- Каменыциков Ф.Т., Решетов В. А., Рябов А. Н. Вопросы механики вращающихся потоков и интенсификация теплообмена в ЯЭУ. М.: Энергоатомиздат.- 1984.- 176 с.
- Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков реологически сложных жидкостей.- М.: Энергоатомиздат.- 1996. 304с.
- D.G. Sloan, Ph.J. Smith, L.D. Smoot. Modelling of Swirl in Turbulent Flow Systems //Prog. Energy Combust. Sci.1986, Vol.12, pp. 163−250.
- Калинин Э.К., Дрейцер Г. А., Ярхо C.A. Интенсификация теплообмена в каналах, 3-е изд. М.: Машиностроение. 1990.- 205 с.
- Коваленко Л. М., Глушков А. Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат. 1986. 240с .
- Webb R.L. Principles of Enhanced Heat Transfer. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1994.-556 c.
- Bergles A.E. The Encouragement and Accommodation of High Heat Fluxes// Proceedings of the 2nd European Thermal-Sciences and 14th U1T National Heat Transfer Conference Rome, ITALY, 29−31 May, 1996, Vol. 1, pp. 3−11.
- Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия.- 1980.- 144 с.
- Дрейцер Г. А. Эффективность использования закрутки потока для интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах // Теплоэнергетика.- 1997.-№ 11.- С. 61−65.
- Будов В.М., Дмитриев С. М. Форсированные теплообменники ЯЭУ. М.: Энергоатомиздат.- 1989.- 176 с.
- Смитберг Е., Лэндис Ф. Трение и характеристики теплообмена при вынужденной конвекции в трубах с завихрителями из скрученной ленты // Теплопередача.- 1964.-№ 1, С. 52−62.
- Lopina R.F., Bergles А.Е. Heat Transfer and Pressure Drop in Tape Generated Swirl Flow of Single-Phase Water // Journal of Heat Transfer. Transection of the ASME, August 1969, pp. 434−441.
- Seymour E.V. Fluid Flow Through Tubes Containing Twisted Tapes // The Engineer.- 1966.- N 222, — pp. 634−642.
- Котов Ю.В., Кротов В. В., Филиппов Г. А. Оборудование атомных электростанций. М.: Машиностроение. 1982.
- Мигай В.К., Фирсова Э. В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление пучков труб. Ленинград: Наука, Ленингр. отд-е, 1986.
- Вилемас Ю., Пошкас П. Теплоотдача в газоохлаждаемых каналах при воздействии термогравитационных и центробежных сил. Вильнюс: Академия, 1992.240 с.
- Калинин Э.К., Дрейцер Г. А., Копп И. З., Мякочин А. С. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998. — 408 с.
- Royds R. Heat Transmission by Radiation? Conduction and Convection, first edition, Constable and Co., London, England, 1921.
- Терехов В.И., Калинина C.B., Мшвидобадзе Ю. М. Экспериментальное исследование развития течения в канале с полусферической каверной. // Сибирский физ.-техн. журнал. 1992.-Вып. 1, — С. 77−85.
- Исаев С.А., Леонтьев А. И., Усачев А. Е. Численное исследование механизма вихревой интенсификации тепломассообменных процессов в окрестности поверхности с лункой // ИФЖ. 1998.- Т. 71.- N 3.- С.484−490.
- Arman В., Rabas T.J. Prediction of the Pressure drop in Transverse, Repeated-Rib Tubes with Numerical Modeling // Fouling and Enhancement Interactions. 1991.-ASME HTD New York -V. 164.-, pp. 93−99.
- Arman В., Rabas T.J. Disruption Shape Effects on the Performance of Enhanced Tubes with the Separation and Reattachment Mechanism // Enhanced Heat Transfer. 1992 ASME Symposium. New York -HTD-V. 202.- pp. 67−76.
- Lin c.k., Kline s.j., Jonston J.P. An Experimental Study of Turbulent Boundary Layer on Rough walls. -Report MD-15 Departament of Mechanical Engineering Stanford University.- Standford, California, July, 1966.- 171 p.
- Maull D.J., East L.F. Three dimensional flow in cavities // J. Fluid Mechs., 1963.-V. 16, P.620.
- Брэдшоу П., Себеси Т., Г.-Г. Фернгольц и др. Турбулентность. Под ред. Брэдшоу П. Пер. под ред. Васецкой Н.Г., Колесникова А. В., Расщупкина В. И. Под ред. Гиневского А.С. М.: Машиностроение, 1980.- 343 с.
- Симпсон P.JI. Обзор некоторых явлений, возникающих при отрыве турбулентного потока // Теоретические основы инженерных расчетов. 1981.-Т. 103.-№ 4,С. 131−148.
- Eaton J.K., Jonston J.P. Turbulent Flow Reattachment: An Experimental Study of the Flow and Structuire Behind a Back-Facing Step // Report MD-39. Department of Mechanical Engineering. Stanford Univ., 1980.
- Simpson R.L. Summary Report on the Colloquim on Flow Separation. Project SQUID Report SMU-3-PU, 1979.
- Sears W.R., Tellionis D.P. Boundary-Layer Separation in Unsteady Flow. // SIAM J. Applied Math., Vol. 28, N 1. 1975.
- Peake D.J., Tobak M. Three-Dimensional Interactions and Vortical Flows with Emphasis on High Speeds. AGARDograph 252, 1980.
- Lighthill M.J. Attachment and Separation in Three-Dimensional Flow // Laminar Boundary Layers, L. Rosenhead, ed., Oxford Univ. Press, pp. 72−82, 1963.
- Короткин А.И. О трехмерном характере поперечного обтекания кругового цилиндра.- Ученые записки ЦАГИ, 1973, т.4.- № 5ю С. 26−33.
- Суслов А.Д., Иванов С. В., Мурашкин А. В., Чижиков Ю. В. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.
- Кузнецов В.И. Теория и расчет эффекта Ранка.- Омск: Изд. ОмГТУ, 1995.217 с.
- Комаров П.Л., Поляков А. Ф. Исследование характеристик турбулентности и теплообмена за обратным уступом в щелевом канале. Препринт ИВТАН № 2−396.-М., 1996. 70 с.
- Косенков В.И., Гладышев А. А., Егоров А. В. Особенности теплообмена рециркуляционных областей при обтекании прямого уступа. // Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд. МЭИ, 1998. Т. 2. С. 158−160.
- Терехов В.И., Ярыгина Н. И. Теплообмен в отрывных областях турбулизованных потоков. // Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд. МЭИ, 1998. Т. 2. С. 244−247.
- Левченко Ю.Д. Гидродинамика турбулентного потока в трубах с регулярной шероховатостью стенок. // Теплофизические исследования / Сб. статей под ред. А. Д. Ефанова, Ф. А. Козлова. Обнинск, ГНЦ РФ ФЭИ, 1999. — 284с.
- Bradshaw P., Wong F.Y.F. The Reattachment and Relaxation of a Turbulent Sheer Layer // J. Of Fluid Mechanics. 1972. V. 52. Pt.l. P. l 13−139.
- Болтенко Э.А. Патент России 1 540 426 MKH3F28F13/12. Теплопередающее устройство // Заявка № 4 423 162/24−06 от 07.05.88. Открытия. Изобретения. 1992. № 31.
- Ким Д., Клайн С. Д., Джонстон Д. П. Исследование присоединения турбулентного сдвигового слоя: обтекание обратного уступа // Теоретические основы инженерных расчетов. 1980. Т. 102, № 3. С. 124−132.
- Адаме Э.В., Джонстон Д. П. Структура течения в пристеночной зоне турбулентного отрывного течения // Аэрокосмическая техника,-1989. № 5. С. 3−13.
- Делленбак П., Мецгер Д., Найцель Г. Теплообмен в турбулентном закрученном потоке за участком резкого осесимметричного расширения круглой трубы // Теплопередача. 1988. № 2, С. 51−60.
- Гарсиа А., Спэрроу Е. Турбулентный теплообмен за участком резкого сужения канала типа обращенной вперед ступеньки. // Теплопередача. 1988. № 2, С. 60−66.
- Субботин В.И., Ибрагимов М. Х., Ушаков П. А., Бобков В. П., Жуков А. В., Юрьев Ю. С. Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчета) М.: Атомиздат. 1975. 408 с.
- Matsubara К., Suzuki К., Treidler Е.В., Suzuki Н. And Мае Y. Unstesdy Flow and Heat Transfer in a Channel with Two Ribs Attached to One Wall // Proceedings of the Tenth International Heat Transfer Conference, Brighton, UK, 1994, V. 6, pp. 73−78.
- Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.
- Deen W.R. Fluid motion in a curved channel. Proc. Roy. Soc., A., 121 1928.
- Ligrani P.M., Niver R.D. Flow visualization of Dean vorticesin a curved channel with 40 to 1 aspect ratio//Phys. Fluids.-1988.-Vol. 31(12).-P.3605−3617.
- Taylor G.I. Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders. Phil. Trans. A 223, P. 289−293, 1923.
- Gortler H. Dreidimensionales zur Stabilitatstheorie laminarer Granzschichten.1. ZAMM 35, 326−364. 1955.
- Stuart J.T. On the nonlinear mechanics of hydro-dynamic stability. J. Fluid Mech. 4, P. 1−21. 1958.
- Senoo Y., Nagata T. Swirl Flow in Long Pipes with Different Roughness// Bulletin of the JSME.-1972.-V.15, N90,-pp.l514−1521.
- Ito S., Ogawa K. & Kuroda C. Turbulent Swirling Flow in a Circular Pipe/ Journal of Chemical Engineering, Japan, 1980, V.13, N 1, pp. 6−10.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд. З-е, перераб. и доп. М.: Наука, — 1970.-904 с.
- Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй.-М.: Физматгиз. 1960.-715 с.
- Ахмедов Р.Б. Аэродинамика закрученной струи. М.: Энергия, 1977, 238 с.
- Алимов Р.З., Исламов В. М., Лукьянов В. И., Осипенко Ю. И. К вопросу оценки степени закрутки поступательно-вращательно движущихся потоков // Вихревой эффект и его промышленное применение. Куйбышев.- 1981.- С. ЗЗЗ-337.
- Гольдштик М.А., Штерн В. Н., Яворский Н. И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. Новосибирск: Наука. Сиб. отд.- 1989.-336 с.
- Хигир, Бэр. Распределение скорости и статического давления в закрученных воздушных струях, вытекающих из кольцевых и расширяющихся сопел.// Теоретические основы инженерных расчетов. 1964.-№ 4.- С. 185−194.
- Хей, Вест Теплообмен в трубе с закрученным потоком. // Тр. амер. об-ва инж.-мех. (рус. пер.) Сер. С. Теплопередача. М.:Мир, 1975, № 3. С. 100−106.
- Кубо.И., Гоулдин Ф. К. Численный расчет закрученного турбулентного течения // Теорет. основы инж. расчетов.- М.: Мир, 1975.-№ 3.-С.127−133.
- Algifri А.Н., Bhardwaj R.K. and Rao Y.V. Heat transfer in turbulent decaying flow in a circular pipe.// Int. J. Heat and mass transfer. 1988.-V. 31, N 8,-pp. 15 631 568.
- Webb R.L., Eckert E.R.G., Goldstein R.J. Heat Transfer and Friction in Tubes with Repeated-Rib Roughness // Int. J. Heat Mass Transfer. 1971.-V. 14.- pp. 601−617.
- Webb R.L., Eckert E.R.G., Goldstein R.J. Generalized Heat Transfer and Friction Correlations for Tubes with Repeated-Rib Roughness // Int. J. Heat Mass Transfer. 1972.-V. 15.-pp. 180−184.
- Гольдштик М.А., Силантьев Б. А. О влиянии загромождения канала на движение жидкости в зоне отрыва за плохо обтекаемыми телами // ЖПМТФ.-№ 1, 1967.-С. 97−99.
- Лаврентьев М.А. Вариационный метод в краевых задачах для систем уравнений эллиптического типа. Изд-во АН СССР. 1962.
- Бон Дж., Хофман М., Такахаси Р., Лаундер Б. Местный теплообмен за резким расширением круглого канала при постоянной плотности теплового потока на стенке//Теплопередача. 1984.-Т. Ю6.-№ 4, С. 91−100.
- Dalton С. Allen and Vincenti blockage corrections in a wind tunnel // AIAA Journal.- 1971.-V. 9.-N 9.- PP. 1864−1865.
- Ramamurthy A.S., Ng C.P. Effect of blokage on steady force coefficients // The Engineering Mechanics Division, Proceedings ASCE. 1973, — V.99.- N 4, — PP755−772.
- Farrel C., Carrasquel S Effect of wind-tunnel walls on the flow past circular cylinders and cooling tower models // Transactions of the ASME, Ser. 1, Journal of Fluid Engineering. 1977, V. 199, N 3, PP. 470−479.
- Жукаускас А., Жупкда И. Теплоотдача цилиндра в поперечном потоке жидкости. Вильнюс: Мокслас ю- 1979.- 237 с.
- Roshko A. Experiments on the flow past circular cilinders at a very high Reynolds number//J. Fluid Mech., 1961.-V. 10.-N 3.-PP.345−356.
- Suzuki Т., Hirano T. Effects of channel height on flow past a circular cylinder // Bulletin of the JSME.- 1979.- V. 22, N 167.- PP. 661−668.
- Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение. 1993.
- Девнин С.И. Аэрогидродинамический расчет плохообтекаемых судовых конструкций.- JI.: Судостроение.-1967. 224 с.
- Акылбаев Ж.С., Исатаев С. И., Ползик В. В. Срыв вихрей с поверхности плохообтекаемых тел и его влияние на теплообмен // Тепло- и массоперенос. Т. 1.-4.1.-Минск. 1972.-С. 291−295.
- Шашин В.М. Гидромеханика. М.: Высшая школа, 1990, — 384 с.
- Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. М.:Наука, — 1964, -816 с.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В. Расчет гидродинамики кольцевого канала со спиральной проволочной навивкой. // Вопросы теплофизики ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1981, вып. 10.- С.6−16.
- Хинце И.О. Турбулентность.: Физматгиз. 1963. 680 с.
- Терехов В.И., Ярыгина Н. И., Жданов Р. Ф. Влияние внешней турбулентности на теплоотдачу в отрывном течении за единичным ребром и уступом // Тепломассообмен ММФ-96. Т. 1. Ч. 2. 1996. С. 107−111.
- Дыбан Е.П., Эпик Э. Я., Юшина JI.E. Теплообмен на продольно обтекаемой пластине при наличии отрыва и турбулизации внешнего потока // Промышленная теплотехника. Т. 17. № 1−3. 1995. С. 3−11.
- Алемасов В.Е., Глебов Г. А., Козлов А. П. Термранемометрические методы исследования отрывных течений. Казань: КАИ, 1990. 178 с.
- Русяцкас Т.Б. Динамика обтекания цилиндрических тел и ее связь с теплообменом в турбулизированных потоках. Автореф. дис. .канд.техн.наук. ИФТПЭ АН Литовской ССР, Каунас, 1982. 17 с.
- Идельчик И.Е. Некоторые эффекты и парадоксы в аэродинамике и гидравлике.- М.: Машиностроение, 1982.-96с.
- Галин Н.М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен (в ядерной энергетике).- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 376 с.
- Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.
- Achenbach Е. The effect of surface roughness on the heat transfer from a circular cylinder to the cross flow of air. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1977. — V. 20, N. 4.-pp. 359−369.
- Мигай B.K. Уменьшение вихревых потерь в каналах // Теплоэнергетика1979.-№ 7.- С. 49−51.
- Крапивин A.M., Быстрое П. И., Анофриев Г. И., Михайлов B.C., Воловик А. А. Гидравлическое сопротивление однорядного продольного трубного пучка, обтекаемого плоскопараллельным потоком газа// Теплоэнергетика. 1988, № 7, С.24−27.
- Митрофанова О.В. Гидродинамика каналов ядерно-энергетических установок с закруткой потока. (Методы расчета). Дис.. канд. техн. наук. Москва: МИФИ. 1989.- 203 с.
- Эпик Э.Я. Локальный теплообмен за турбулентным отрывом различной интенсивности // Тепломассообмен ММФ 2000 (Тр. IV Минского международного форума).-Минск: АНК «ИТМО им. А.В. Лыкова» НАНБ. 2000,-Т. 1.- С. 129−135.
- Смит, By Тэйк Мун, Као Экспериментальное исследование косого обтекания кругового цилиндра // Теоретические основы инженерных расчетов.- 1972.-№ 4.-С.72−78.
- Ramberg S.E. The effects of yaw and flnit length upon the vortex wakes of stationary and vibrating circular cylinders // J. Fluid Mech. 1983.- V 128.- PP. 81−107.
- Kawamura Т., Hayashi T. Computation of flow around a Yawed Circular Cilinder//Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1992, — V. 58. N 548.- Pp. 1071−1078.
- Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: Наука1980, 976 с.
- Irvin Н.Р.А.Н., Smith Р.А. Prediction of the effect of streamline curvature on turbulence // Phys. Fluids.- 1975, V. 18, N 6, pp.624−630.
- Launder B.E., Priddin C.H., Sharma B.I. The Calculation of Turbulent Boundary Layers on Spinning and Curved Surfaces // J. Fluids Engineering.- 1977, V. 99, pp. 231−239.
- Hawthorne W.R. Secondary Circulation in Fluid Flow. // Proceedings of the Royal Society (London), 1951, Ser. A, V. 206, pp.374−387.
- Squire H.B., Winter K.C. The Secondary Flow in a Cascade of Airfoils in a Non-Uniform Stream. //J. Of Aeronautical Sciences, V. 18, 1951, pp. 271−277.
- Мэррис A.B. Об образовании составляющей скорости по вихревой линии. // Теоретические основы инженерных расчетов. 1964.-№ 4.- С. 185−194.
- Prandtl L. NACA ТМ 625, 1929.
- Кантуэл Б.Дж. Организованные движения в турбулентных потоках.// Вихри и волны: Сб. статей. Пер. С англ. М.: Мир, 1984.- С. 9−79.
- Wattendorf F.L. A Study of the Effect of Curvature on Fully Developed Turbulent Flow.// Proc. if the Royal Society of London, 1935, Ser. A, V. 148, pp. 565−598.
- Моффат Г. Некоторые направления развития теории турбулентности .// Современная гидродинамика. Успехи и проблемы: Пер. с англ.- под ред. Дж. Бэтчелора и Г. Моффата.- М.: Мир, 1984. С. 49−76.
- Bradshaw P. The Analogy Between Streamline Curvature and Buoancy in Turbulent Shear Flow // J. Fluid Mech.-1971.- V. 36.- Pp. 1007−1021.
- Методы расчета турбулентных течений / Под ред. Колльмана // Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.-464 с.
- Habib М.А., McEligot D.M. Turbulent Heat Transfer in a Swirl Flow Downstream of an Abrupt Pipe Expansion // Proc/ of the 7-th Int/ Heat Transfer Conf. 1982, Munich, V. 3, FC29.- Pp. 159−166.
- Белов И.А., Кудрявцев H.A. Теплоотдача и сопротивление пакетов труб.- JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.-С. 32−36.
- Bradshaw P. The Effect of Streamline Curvature on Turbulent Flow // AGARDograph, N 169, A.D.Young (Ed.), NATO: AGARD-AG-169 (Aug. 1973).
- Валуева Е.П., Попов B.H. Теплообмен и сопротивление трения при турбулентном течении, в плоском криволинейном канале. Теплофизика высоких температур, 1995 г., т. 33, N.3, С. 410−421.
- Richmond М.С., Patel V.C. Convex and Concave Surface Curvature Effects in Wall-bounded Turbulent Flows // AIAA J. 1991.- V. 29.-N 6.- Pp. 895−902.
- Launder B.E., Reece G.J., Rodi W. Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure // J. Fluid Mech. 1975. V.68 — P.537.
- Mellor G.L., Yamada T.J. A Hierarchy of Turbulence Closure Models for Planetary Boundary Layers //J. Atmosph. Sci. 1974. V. 31. — P. 1791.
- Лакшминараяна Б. Модели турбулентности для сложных сдвиговых течений // Аэрокосмическая техника. 1987. № 5. — С. 104.
- Galperin В., Mellor G.L. The Effects of Streamline Curvature and Spanwise Rotation on Near-Surface Turbulent Boundary Layers // ZAMP. 1991.- V. 42.-N.4.- P. 565.
- So R.M.C., Lai Y.G., Hwang B.C. Near Wall Turbulent Closure for Curved Flow //AIAA J. 1991.- N. 8.- P. 1202.
- Иванков H.A., Шерстюк A.H., Полюшкин А. А. К расчету турбулентных течений в криволинейных каналах // Теплоэнергетика, 1982.- № 6, — С. 69−71.
- Menter F.R. Zonal Two Equation k-omega Turbulence Model for Aerodynamic Flows // AIAA Paper, AIAA 93−2906, July 1993.
- Rodi W. Influence of buoyancy and rotation on equations for the turbulent length scale // Second International Symposium on Turbulent Shear Flows, Imperial College, London, 10.37−10.42, 1979.
- Gosman A.D., Khalil E.E. and Whitelaw J.H. The calculation of two-dimensional turbulent recirculating flows // Turbulent Shear Flows. V. 1.- Springer-Verlag, New York, 1979.
- Rodi W. and Scheuerer G. Calculation of curved shear layers with two-equation turbulent models //Physics Fluids. 1983.- V. 26, pp.1422−1436.
- Ettestadt D. and Lumley J.L. Parameterization of turbulent transport in swirling flows: I. Theoretical considerations // Fourth Symposium on Turbulent Shear Flows, Karlsruhe, F.R. Germany, 9.1−9.6, Sept. 12−14, 1983.
- Abujelala M.T. and Lilley D.G. Limitations and empirical extensions of the k-D model as applied to turbulent confined swirling flows // AIAA Paper, AIAA 840 441, Reno NV, Jan 9−12, 1984.
- Lilley D.G. Nonisotropic turbulence in swirling flows // Acta astr. 1976, 3, pp. 919−933.
- Lilley D.G. Prediction of inert turbulent swirl flows // AIAA Journal. 1973, 11, pp. 955−960.
- Hendricks C.J. and Brighton J.A. The prediction of swirl inert turbulence kinetic energy effects on confined jet mixing // Trans. Am. Soc. Engrs, J. Of Fluids Engng., 1975,97, pp. 51−59.
- Leschziner M.A. and Rodi W. Computation of strongly swirling axisymmetric free jets //AIAA Journal. 1984, 22, pp. 1742−1747.
- Aupoix В., Cousteix J. And Liandrat J. Effects of rotation on isotropic turbulence // Fourth Symposium on Turbulent Shear Flows, Karlsruhe, F.R. Germany, 9.79.12, Sept. 12−14, 1983.
- Spalart P.R. and Shur M. On the Sensitization of Simple Turbulence Models to Rotation and Curvature // Aerospace Science Science and Technology, 1997, N 5, pp. 297−304.
- Shur M., Strelets M., Travin A. And Spalart P.R. Turbulence Modeling in Rotating and Curved Channels: Assessment of the Spalart-Shur Correction Term // AIAA Paper, AIAA 98−0325, Januaiy, 1998.
- Shur M., Strelets M., Travin A. And Spalart P.R. Two Numerical Studies of Trailing Vortices //AIAA Paper, AIAA 98−0595, January, 1998.
- Gibson M.M. An Algebraic Stress and Heat-Flux Model for Turbulent Shear Flow with Streamline Curvature // Int. J. Heat Mass Transfer. 1978.- V. 21.- Pp. 1609−1617.
- Koosinlin M.L., Lockwood F.C. The prediction of axisymmetric turbulent swirling boundary layers //AIAA Journal 1974, N 12, pp. 547−554.
- Srinivasan R., Reynolds R., Ball I., Barry R., Johnson K. And Mongia H.C. Aerothermal modeling program, phase 1 final report // Final Report No. NASA CR 168 243 (Aug. 1983).
- Abuelala M.T., Jackson T.W. and Lilley D.G. Swirl flow turbulence modeling // Pap. AIAA-84−1376, Cincinnati, OH June 11−13, 1984.
- Hanjalic K., Launder B.E. and Shiestel R. Multiple time-scale concepts in turbulent transport modelling II Turbulent Shear Flows, L.J.S. Bradbury, F. Durst, B.E. Launder, F.W. Schmidt and J.H. Whitelaw (Eds.) Springer-Verlag, New-York V. 2 1980.
- Reynolds O. On the dynamic Theory of incompressible viscous fluids and determination of the criterion // Philos. Trans. R. Soc. London, 1895, Ser. A 186, 123.
- Boysan F. and Swithenbank J. Numerical prediction of confined vortex flows // Numerical Methods in Laminar and Turbulent Flows,. C. Taylor and B.A. Schrefler (Eds.) Pineridge Press, Swansea, United Kindom, 1981.
- Lilley D.G. Prediction of inert turbulent swirl flows // AIAA Journal, 1973, N. 11, pp. 955−960.
- Гольдштик M. А. Вариационная модель турбулентного вращающегося потока // Механика жидкости и газа 1985. № 3. — С. 22−32.
- Prandtl L. Bericht uber untersuchungen zur ausgebildeten turbulenz // Z. Angew, Math. Mech., 1925, Band 5, 136−139.
- Taylor G.I. Eddy motions in the atmosphere // Philos. Trans. R. Soc. London, 1915- Ser. A 215, pp. 1−26.
- Taylor G.I. Note of the distribution of turbulent velocities in a fluid near a solid wall // Proc. R. Soc. London, 1932, Ser. A 135, pp. 678−684.
- Taylor G.I. The statistical theory of turbulence. Part I-IV // Proc. R. Soc. London, 1935, Ser. A 151, pp. 421−511.
- Колмогоров A.H. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса //- Доклады АН СССР.- 1941.- Т. 30, № 4.- С. 299−303.
- Corrsin S. Investigations of flow in axially symmetric heated jet of air. // NACA Adv. Conf. Rep. 3123 1943.
- Corrsin S., Kistler A. The free stream boundaries of turbulent flows. // NACA Tech. Note No. 3133 1954.
- Таунсенд A.A. Структура турбулентного потока с поперечным сдвигом. Пер. с англ. Г. И. Баренблатта. Под редакцией А. Н. Колмагорова. М.: Изд. Иностр. лит. 1959. -С. 131−134.
- Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations // Mon. Weather Rev. 1963.- V. 91. P. 99.
- Germano M., Piomelli U., Parviz M. and Cabot W.H. A dynamic subgrid-scale eddy viscosity model // Physics Fluids, July 1991, A, V.3, N. 7, pp. 1760−1765.
- Calmet I. and Magnaudet J. Large-eddy simulation of high-Schmidt number mass transfer in turbulent channel flowl // Physics Fluids, February 1997, V.9, N. 2, pp. 438−455.
- Nelkin M. Scaling theiiy of hydrodynamics turbulence // Physical Review, 1975, V. All, p. l737.
- Новиков И.И. Экспериментальное определение скорости распространения длинных центробежных волн, образующихся в поступательно-вращательном потоке жидкости // Доклады Академии наук СССР. Т. 184, № 2, — 1969.- С. 313−314.
- Вукалович М.П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. М.: Энергия. -1968.-С. 295−301.
- Новиков И.И. Закономерности поступательно-вращательного течения вязкой несжимаемой жидкости // Измерительная техника.- № 4.- 1966.-С. 15−20.
- Новиков И.И. Теплообмен при поступательно-вращательном течении жидкости по трубе // Измерительная техника.- № 8.- 1966.- С. 37−40.
- Новиков И.И., Борзяк А. Н. Экспериментальное исследование поступательно-вращательного течения вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе//Измерительная техника.-№ 12.- 1966.-С. 15−20.
- Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Алма-Ата: Наука.- 1977.- 226 с.
- Kline S.J., Reynolds W.C., Schraub F.A., Runstadler P.W. The structure of turbulent boundary layers // J. Fluid Mech., 1967.- V. 30.- Pp. 741−773.
- Blackwelder R.F., Eckelmann H. Streamwise vortices associated with the bursting phenomenon // J. Fluid Mech., 1979.- V. 94.- Pp. 577−594.
- Roshko A. Structure of turbulent shear flows: a new look. Dryden Research Lecture // AIAA J., 1976, — V. 14.- Pp. 1349−1357.
- Ляхов В.К., Мигалин К. В. Эффект тепловой или диффузионной шероховатости. Изд-во Сарат. Ун-та. 1991.- 176 с.
- Spalart P.R. and Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamics flows //Rech. Aerospatiale, 1994. V. 1, pp. 5−21.
- Берже П., Помо.И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности: Пер. с франц. М. Мир, 1991. 368 с.
- Кроновер. P.M. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. М.:Постмаркет, 2000.- 352 с.
- Данилов Ю.И., Дзюбенко Б. В., Дрейцер Г. А. и др. Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы.- М.: Машиностроение. 1986. -200с.
- Новиков И.И., Воскресенский К. Д. Прикладная термодинамика и теплопередача. М.: Госатомиздат.- 1961.- 548 с.
- Дзюбенко Б.В., Сакалаускас А., Ашмантас Л., Сегаль М. Д. Турбулентное течение и теплообмен в каналах энергетических установок. V.: Pradai. -1995.-300 с.
- Корсун А.С. Асимметрия тензора напряжений при движении жидкости в пористых средах // Проблемы. реакторной теплофизики.-М: Энергоатомиздат, 1989.- С. 26−31.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В., Соколова М. С. Моделирование гидродинамики и теплообмена в каналах с закруткой теплоносителя// Тепломассообмен ММФ-92 Минск, — 1992.-Т.10, — С. 80−85.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В. Использование модели асимметричной гидромеханики для расчета циркуляционных течений в пористых средах // Труды 2 Междунар. научно-техн. конфер. «Актуальные проблемы фундаментальных наук».- 1994.- Т.1, — ч.1.- С. 78−80.
- Корсун A.C., Митрофанова О. В. Расчет поля температуры в кольцевом канале со спиральной проволочной навивкой // Расчетные иэкспериментальные методы в теплофизике ядерных реакторов. М.: Энергоиздат.- 1982.- С. 31−36.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В., Шаров М. Ю. Об эффективности применения спиральной проволочной навивки в кольцевом канале // Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования в теплофизике ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат.- 1983.- С.44−52.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В. Влияние закрутки потока теплоносителя на гидродинамику и теплообмен в кольцевом канале с неравномерным тепловыделением // Тепломассообмен-7, Минск: ИТМО, 1984.-Т.8, ч.1, С.86−91.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В., Соколова М. С. Влияние неустановившейся закрутки потока на температурный режим кольцевого канала // Вопросы теплофизики в ядерно-энергетических установках. М.: Энергоиздат.- 1986.-С.45−50.
- Слетгери Дж. С. Теория переноса импульса, энергии и массы в сплошных средах/Пер. с англ. М.: Энергия, 1978, — 448 с.
- Седов Л.И. Механика сплошной среды. 4-е изд. — М.: Наука. — 1983. Т. 1. -528 с.
- Петухов Б.С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Атомиздат, 1974. — 408 с.
- Николаевский В.Н. Пространственное осреднение и теория турбулентности. // Вихри и волны: Сб. статей. Пер. С англ. М.: Мир, 1984.- С. 266−335.
- Корсун А.С., Митрофанова О. В. Профиль скорости со скольжением на стенке для описания турбулентного потока // Труды междунар. конф. «Теплофизика-98. Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР». В 2-х томах. 1998. — Обнинск: ФЭИ.- Т. 1, С. 70−77.
- Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального исчисления. Изд. 7-ое. М.: -Наука. 1969.-Т. 2.-С. 667.
- Mitrophanova O.V. Predictive Methods for Friction and Heat Transfer Characteristics of Channels with Swirlers // Heat Transfer 1998, Proceedings of the 11th International Heat Transfer Conference, Kyongju, Korea, August 23−28, 1998, V.5, pp.303−310.
- Митрофанова О.В., Болтенко Э. А. Гидродинамика и теплообмен в винтообразных каналах. // Труды 2-й Российской конференции по теплообмену. -М.: МЭИ, 1998. Т.6. — С. 165−167.
- Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие.- М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 348−353.
- Генин Л.Г. Спектральный анализ единичных реализаций турбулентности. -М.: Издательство МЭИ. 1999.- 68 с.
- Хант Д.Н. Динамика несжимаемой жидкости. М.: Мир. 1967.- 183 с.
- Garimella S., Christensen R.N. Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Spirally Fluted Annuli: Part I-Hydrodynamics, Part II-Heat Transfer // Transactions of the ASME, 1995.-V. 117.- Pp. 54−68.
- Митрофанова O.B. Метод гидродинамического расчета кольцевых каналов с закручивающими устройствами// Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1994.- Т. 8.- С. 149−154.
- Скотт C.K., Раек Д. П. Турбулентная вязкость в закрученном потоке жидкости в кольцевом канале // Теоретические основы инженерных расчетов. 1973.- № 4. — С. 147−159.
- Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978.
- Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1982. — 272 с.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости.- Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152 с.
- Гмырко В.Е., Митрофанова О. В. Вычислительный алгоритм метода расчета теплогидравлики кольцевых каналов с закручивающими устройствами // Труды 2-й Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1998.- Т.8.- С. 19−21.
- Вахнснко Б.А., Корсун A.C., Романов A.A., Шако B.B. Реализация методов конечных элементов и конечных разностей для задач теплопроводности. М.: МИФИ, 1989.-24 с.
- Lyon R.N. Liquid metal heat transfer coefficients // Chem. Engng. Progress.-1951.- V. 47.- N. 2.- P.87.
- Gupte N.S., Date A.W. Friction and Heat Transfer Characteristics of Helical Turbulent Air Flow in Annuli // Journal of Heat Transfer.- 1989.- V. 111.- Pp. 337−344.
- Шимонис B.M., Щукис В. П., Пошкас П. С. Местная теплоотдача и гидравлическое сопротивление в винтообразных каналах (1.Экспериментальная установка, методика исследования, первые опыты) // Труды АН Литовской ССР. Серия Б. 1988.- Т. 3 (166).- С.103−114.
- Шимонис В.М., Щукис В. П., Пошкас П. С. Местная теплоотдача и гидравлическое сопротивление в винтообразных каналах (2. Влияние относительной ширины и кривизны канала) // Труды АН Литовской ССР. Серия Б. 1988.- Т. 5 (168).- С.83−90.
- Болтенко Э.А. Интенсификация теплосъема в парогенерирующих каналах с закруткой и транзитным потоком // Труды 1-й Российской национальной конференции по теплообмену.- М.: Изд-во МЭИ, 1994.-Т. 8.- С. 27−32.
- Болтенко Э.А. Интенсификация теплосъема в парогенерирующих каналах с закруткой и транзитным потоком // Труды междунар. конференции «Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР». В 3-х томах. 1995.-Обнинск.: ФЭИ.- Т. 1.- С.244−248.
- Вилемас Ю., Чесна Б., Сурвила В. Теплоотдача в газоохлаждаемых кольцевых каналах. Вильнюс: Мокслас, 1977.
- Пучков П.И., Виноградов О. С. Исследование теплоотдачи и гидравлических сопротивлений кольцевых каналов с теплоотдающей внутренней поверхностью. // Теплоэнергетика. 1964. — № 10. — С. 62−69.
- Garimella S., Christensen R.N. Experimental Investigation of Fluid Flow Mechanisms in Annuli with Spirally Fluted Inner Tubes // AHRAE Transactions, 1993.-V. 99.- Part 1. Pp. 1205−1216.
- Ravigururajan T.S., Bcrgles A.E. General Correlations for Pressure Drop and Heat Transfer for Singl-Phase Turbulent Flow in Internally Ribbed Tubes // Augmentation of Heat Transfer in Energy Systems, ASME-HTD, 1985.-V. 52.-Pp. 9−20.
- Cheng Lu, Craft T.J., Launder B.E., Leshziner M.A. Spirally Fluted Tubing: Prediction and Measurement // Heat Transfer 1994, Proceedings of the Tenth International Heat Transfer Conference, Brighton, UK.- 1994. V. 6. — Pp. 13−18.
- Курганов B.A., Петухов Б. С. Анализ и обобщение опытных данных по теплоотдаче в трубах при турбулентном течении газа с переменнымифизическими свойствами // Теплофизика высоких температур. 1974. — Т. 12.-№ 2.-С. 304−315.
- Spalding D.B., Patankar S.V. Heat and mass transfer in boundary layers. London: Morgan-Grampian. 1967.
- Пустовойт Ю.А., Медведева Б. А., Фомин A.B., Голубев Ю. Л. Пристеночное трение в начальном участке цилиндрического канала при локальной закрутке потока жидкости // В сб. «Газодинамика двигателей летательных аппаратов». Казань, 1982. — С. 16−21.
- Wolf L. (Jr.), Lavan Z., Feijer А.А. Measurements of the Decay of Swirl in Turbulent Flow // AIAA Journal, 1969.- N. 5.- pp. 971−973.
- Митрофанова О.В. Расчетное моделирование гидродинамики и теплообмена в парогенерирующих каналах со спиральными завихрителями // Гидродинамика и безопасность АЭС. Обнинск: ГНЦ РФ ФЭИ, 1999. -С.74−76.
- Kraith F., Sonju О. The decay of a turbulent swirl in a pipe // Journal of Fluid Mechanics. 1965.- V. 22.- Pt. 2.- Pp. 257−271.
- King M.K., Rothfus R.R., Kermode R.I. Static Pressure and Velocity Profiles in Swirling Incompressible Tube Flow // AIChE Journal. 1969.- V. 15.- N. 6.- Pp. 837−842.
- Щукин B.K., Халатов A.A., Кожевников А. В. Структура закрученного потока в цилиндрическом канале при однородном вдуве // Инженерно-физический журнал. 1979.- Т. XXXVII.- № 2.- С. 245−252.
- Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. Перев. с англ. Под ред. В. Н. Артамкина. М.: Атомиздат, 1974. — 496 с.
- Никурадзе И. Закономерности течения в гладких каналах // В сб. «Проблемы турбулентности».- М.-Л.: ОНТИ.- 1936.
- Халатов А.А., Щукин В. К., Летягин В. Г. Некоторые особенности гидродинамики турбулентных воздушных потоков, закрученных лопаточным завихрителем // Инженерно-физический журнал. 1973.- Т. XXV.-№ 5.- С. 245−252.
- Хайрер Э., Нерсетг С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений.- М.: Мир, 1990.- 512 с.
- Li Н.М., Ye K.S., Tan Y.K., Deng S.J. Investigation on Tube-Side Flow Visualization, Friction Factors and Heat Transfer Characteristics of Helical-Ridging Tubes // Proc. 7th Int. Heat Transfer Conf. 1982.- V. 3.- pp. 75−80.
- Мигай B.K. Интенсификация конвективного теплообмена в трубах спиральными закручивателями // Теплоэнергетика.- 1968.- № 11.- С.31−33.
- Митрофанова О.В. Расчетное моделирование гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями // Труды 4-го Минского Международного Форума по Тепломассообмену ММФ-2000. Минск: ИТМО, 2000.- Т.1.- С.274−281.
- Каменецкий Б.Я. Эффективность турбулизаторов в трубах с неравномерным обогревом периметра при режимах ухудшенной теплоотдачи // Теплоэнергетика, 1980, N 4, С.57−58.
- Митрофанова О.В., Филатов К. С., Черепанов Д. А. Влияние интенсивности завихренности на структуру закрученных потоков в цилиндрических каналах // Труды 2-й Российской национальной конференции по теплообмену. -М.: Изд-во МЭИ, 1998. Т.8.- С. 30 — 32.
- Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 758 с.
- Громека И.С. Собрание сочинений. М.:АН СССР, 1952.
- Васильев О.Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. Л., 1958.- 143 с.
- Гостинцев Ю.А., Похил П. Ф., Успенский О. А. Поток Громеки-Бельтрами в полубесконечной трубе // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1971. -№ 2.-С. 117−120.
- Тихонов А.Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. М.:Наука, 1977.- С.220−226.
- Ковалев Е.М., Костенко З. Ф., Кузьмин И. Г. Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления греющих камер со спиральнопроволочными вставками выпарных аппаратов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1981.- № 1. — С. 16 — 17.
- Дрейцер Г. А. Проблемы создания компактных трубчатых теплообменных аппаратов//Теплоэнергетика.- 1995.- № 3.- С. 11−18.
- Andrews, M.J. and Fletcher, L.S. Comparison of Several Heat Transfer Enhancement Technologies for Gas Heat Exchangers // Journal of Heat Transfer, 1996. -V. 118. pp. 897−902.
- КрамеровА.Я., Шевелев Я. И. Инженерные расчеты ядерных реакторов. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 736 с.
- Mitrophanova O.V. Optimization of Swirl-Flow Devices Geometry in Annular Channels of Fuel Assemblies // Proceedings of 15th National and 4th ISHMT/ASME Heat and Mass Transfer Conference Pune, India, January 12−15, 2000.
- Mitrophanova O.V., Philatov K.S. Prediction of Thermohydraulic Performance of Heated Ducts with Swirl-Flow Arrangements // Proc. of the 3rd Europian Thermal Sciences Conference (Germany, September 2000).- 2000.-V.1.- pp. 349 354.
- Chen J.C. Two-Phase Flow With and Without Phase Change: Suspension Flows -Some Questions Answered and Unanswered // Proc. 10th Int. Heat Transfer Conf. 1994. — V. 1.- pp.369−386.
- Кириллов ПЛ., Юрьев Ю. С., Бобков В. П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) / Под общ. Ред. П. Л. Кириллова.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990.- 360 с.
- Воронин Г. И. Кондиционирование воздуха на летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1965.
- Патент РФ на изобретение № 2 127 158. Способ очистки поверхностей химической аппаратуры от шламов. / Митрофанов А. В., Мочалов М. А., Конбенков В. Р., Митрофанова О. В. Приоритет от 31.07.97.