Гідродинаміка і теплообмін в каналах зі вставками складної форми в системах тепловідводу РЕА

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorШалденко, Олексій Вікторович
dc.contributor.degreedepartmentКафедра автоматизації проектування енергетичених процесів и системuk
dc.contributor.degreefacultyТеплоенергетичний факультетuk
dc.contributor.degreegrantorНаціональний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»uk
dc.date.accessioned2017-05-12T11:50:25Z
dc.date.available2017-05-12T11:50:25Z
dc.date.issued2017
dc.description.abstractenThe problem of heat transfer from the outside heated environment to the curvilinear channel filled with a homogeneous incompressible viscous fluid in terms of “stream function – vorticity” for dimensionless form in the approximation of small Reynolds numbers Re is solved numerically. This solution is reduced to the simultaneous solution of equations for vortex transfer, convective heat transfer, and Poisson equations for stream function and pressure with relevant initial and boundary conditions. It is shown that simple explicit method for solving nonlinear equations for vorticity transfer and heat transfer is defined by sampling step time, which provides stable calculations on a uniform spatial grid. Testing of two-dimensional hydrodynamic problem of stationary laminar flow of viscous incompressible fluid inside the straight channel without fittings and unsteady one-dimensional problem of heat transfer from the hot wall to the cold wall shows the good agreement of numerical results and analytical solutions presented in the scientific literature. Quantitative dependence of levels of heat flow across the border for curved channels with fittings of different geometry (height, width, distance between fittings for symmetric and asymmetric adherence of them) and the pressure difference at the inlet and outlet for both straight and zigzagged channels was obtained within the range of Reynolds number Re = 10 ... 650. It was shown that the fittings system inside channels allows to increase the level of heat flow of coolant to the environment with compared to the channels without fittings for the Reynolds number Re = 200 ... 650. In this case the relative feed efficiency ratio (compared to the straight channel without fittings for equal length of the channel) can reach values of k = 1.10 ... 1.40. Сorner areas before and after fittings form stationary (or quasi-stationary) circulating areas and a system of localized vortex structures. The geometric parameters of fittings, at which the greatest level of heat flow through the curved surface limiting channels for laminar flow of coolant in the Reynolds number Re = 100 ... 250 was defined, namely: narrow insertion (c ≈ 0.1D) moderate height (h ≈ 0.2D) located in close proximity to the channel width (a ≈ D).en
dc.description.abstractruВо введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель исследований, рассматриваются вопросы о научной новизне, теоретическом и практическом значении, апробации полученных результатов, количестве публикаций. В первом разделе диссертации приведены краткие исторические сведения развития микропроцессоров, рассматриваются особенности конструктивных возможностей теплоотвода на кристаллах элементов радиоэлектронной апаратуры (РЭА) и определяются проблемы для дальнейших исследований. Во втором разделе рассматриваются основные уравнения задачи переноса тепла жидким теплоносителем внутри криволинейного канала, заполненного вязкой однородной несжимаемой жидкостью. Задача решается в терминах “функция тока - завихренность” с применением простой явной схемы для решения дифференциальных уравнений с частными производными параболического типа и метода последовательной верхней релаксации для решения уравнений эллиптического типа. В третьем разделе представлены результаты вычислений и анализа структуры течения и уровня тепловых потоков для прямолинейного канала без вставок и со вставками разной геометрии для симметричного и несимметричного их следования. В четвертом разделе работы проводится анализ гидродинамических параметров течения внутри криволинейного канала аналогичной длины и процесса теплопередачи с внешней среды в теплоноситель. В работе проводится анализ структуры течения внутри криволинейного канала, его влияние на уровни тепловых потоков из внешней нагретой среды в холодный теплоноситель. Научная новизна полученных результатов состоит в дальнейшем развитии вычислительных методов расчета физических полей в охлаждающих каналов РЭА. Получены следующие новые результаты, которые выносятся на защиту: - Впервые решена задача переноса тепла из внешней нагретой среды в холодный теплоноситель с использованием численных методов, адаптированных для каналов с произвольной геометрией ограничивающих поверхностей на равномерной сетке в приближении малых чисел Рейнольдса Re; - установлено условие устойчивости простой явной схемы численного решения нелинейных параболических уравнений переноса завихренности и тепла на равномерной сетке; - получена количественная зависимость уровней тепловых потоков через границы криволинейных каналов со вставками и разности давлений на входе и выходе каналов от скорости течения теплоносителя при числах Рейнольдса Re < 650; - установлено влияние ширины сегментов зигзагообразных каналов на образование квазистационарных циркуляционных зон в угловых областях течения; - показано, что система вставок внутри каналов позволяет увеличить уровни тепловых потоков из внешней среды в теплоноситель для течений при малых числах Рейнольдса Re за счет увеличения потерь на давление, необходимого для формирования течения с заданной скоростью; - выявлено, что введение системы вставок различной геометрии в криволинейные каналы при малых числах Рейнольдса (Re < 30…40) не приводит к увеличению уровня тепловых потоков. В этом диапазоне скоростей потери на давление связаны только с изменением направления течения при обтекании потоком вставок; - определены геометрические параметры вставок, при которых достигаются наибольшие уровни тепловых потоков через ограничивающие поверхности криволинейных каналов для чисел Рейнольдса Re < 650. В работе численно решена задача переноса тепла из внешней нагретой среды в криволинейный микроканал со вставками различной геометрии, заполненный однородной вязкой несжимаемой жидкостью, в терминах “функция тока - завихренность” в безразмерном виде в приближении малых чисел Рейнольдса Re. Показано, что простой явный метод решения уравнений переноса завихренности и переноса тепла имеет ограничение на шаг дискретизации по времени, выполнение ко-торого обеспечивает устойчивые вычисления на равномерной пространственной сет-ке для заданных параметров уравнений (число Рейнольдса, число Пекле). Получена количественная зависимость уровней тепловых потоков через границы криволинейных каналов со вставками различной геометрии (высота, ширина, расстояние между вставками для симметричного и несимметричного их следования) и разности давлений на входе и выходе прямолинейного и зигзагообразного каналов от скорости ламинарного течения теплоносителя в диапазоне Re = 10 … 650. Показано, что система вставок внутри каналов позволяет увеличить уровни тепловых потоков из внешней среды в теплоноситель по сравнению с каналами без вставок в области чисел Рейнольдса Re = 200…650. При этом относительный коэффициент эффективности каналов (по сравнению с прямолинейным каналом без вставок одинаковой длины) может достигать значений k = 1.10…1.40. Определены геометрические параметры вставок, при которых достигаются наибольшие уровни тепловых потоков через ограничивающие поверхности криволинейных каналов для ламинарных течениий теплоносителя в области чисел Рейнольдса Re = 100 … 250: узкие вставки (c ≈ 0.1D) умеренной высоты (h ≈ 0.2D), расположен-ные на расстоянии порядка ширины канала (a ≈ D).ru
dc.description.abstractukУ роботі чисельно розв’язана задача переносу тепла із зовнішнього нагрітого середовища в криволінійний канал, заповненого однорідною в'язкою нестисливоюрідиною, у термінах “функція току – завихреність” у безрозмірному вигляді в наближенні малих чисел Рейнольдса Re. Її розв’язок зводиться до одночасного розв’язку рівнянь переносу завихреності, переносу тепла і рівняння Пуассона для функції току з відповідними початковими і граничними умовами. Показано, що простий явний метод розв’язку нелінійних рівнянь переносу завихреності переносу тепла має обмеження на крок дискретизації за часом, виконання якого забезпечує стійкі обчислення на рівномірній просторовій сітці. Тестування на двовимірній гідродинамічній задачі стаціонарної ламінарної течії в'язкої нестисливоїрідини всередині прямолінійного каналу без вставок і одновимірної нестаціонарної задачі теплопередачі від нагрітої стінки до холодної стінки свідчить про хороший збіг чисельних результатів і аналітичних розв’язків, представлених у науковій літературі. У роботі одержано кількісну залежність рівнів теплових потоків крізь границі криволінійних каналів зі вставками різної геометрії (висота, ширина, відстань між вставками для симетричного і несиметричного їх слідування) і різниці тисків на вході і виході прямолінійного і зиґзаґоподібного каналів від швидкості ламінарної течії теплоносія в діапазоні чисел Рейнольдса Re = 10 ... 650. Показано, що система вставок всередині каналів дозволяє збільшити рівні теплових потоків із зовнішнього середовища в теплоносій у порівнянні з каналами без вставок в області чисел Рейнольдса Re = 200 ... 650. При цьому відносний коефіцієнт ефективності каналів (у порівнянні з прямолінійним каналом без вставок однакової довжини) може досягати значень k = 1.10 ... 1.40. В кутових областях перед вставками і за ними утворюються стаціонарні (або квазістаціонарні) циркуляційні зони і система локалізованих вихрових структур. У роботі визначено геометричні параметри вставок, при яких досягаються найбільші рівні теплових потоків крізь обмежуючі поверхні криволінійних каналів для ламінарної течії теплоносія в області чисел Рейнольдса Re = 100 ... 250: вузькі вставки (c ≈ 0.1D) помірної висоти (h ≈ 0.2D) , розташовані на відстані близько ширини каналу (a ≈ D).uk
dc.format.page22 с.uk
dc.identifier.citationШалденко, О. В. Гідродинаміка і теплообмін в каналах зі вставками складної форми в системах тепловідводу РЕА : автореф. дис. … канд. техн. наук : 01.02.05 – механіка рідини, газу та плазми / Шалденко Олексій Вікторович. – Київ, 2017. – 22 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/19397
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.status.pubpublisheduk
dc.subjectв'язка нестислива рідинаuk
dc.subjectкриволінійний каналuk
dc.subjectсистема вставокuk
dc.subjectрівні теплових потоківuk
dc.subjectчисло Рейнольдсаuk
dc.subjectчисло Пеклеuk
dc.subjectвязкая несжимаемая жидкостьru
dc.subjectкриволинейный каналru
dc.subjectсистема вставокru
dc.subjectуровни тепловых потоковru
dc.subjectчисло Рейнольдсаru
dc.subjectчисло Пеклеru
dc.subjectviscous incompressible fluiden
dc.subjectcurvilinear channelen
dc.subjectfitting systemen
dc.subjectlevels of heat flowsen
dc.subjectReynolds numberen
dc.subjectPeclet numberen
dc.subject.udc533.9:532.549](0433)uk
dc.titleГідродинаміка і теплообмін в каналах зі вставками складної форми в системах тепловідводу РЕАuk
dc.typeThesisuk
thesis.degree.levelcandidateuk
thesis.degree.nameкандидат технічних наукuk
thesis.degree.speciality01.02.05 – механіка рідини, газу та плазмиuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Shaldenko_aref.pdf
Розмір:
2.05 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.8 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (АПЕПС)
Автореферати (вільний доступ)