Статья

Название статьи ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООТВОДЯЩЕГО ТЕЛА В АЭРОДИНАМИЧЕСКОМ ПОТОКЕ В ПРОЦЕССЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА
Автор А. В. Прибыльский, Н. Н. Чернов, А. В. Палий
Рубрика РАЗДЕЛ III. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 658.51.011
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-155-163
Аннотация Описывается численное исследование эффективности площади поверхности теплоотвода. Исследование проведено в процессоре Fluent универсальной программной системы конечно-элементного анализа Ansys. в основу которого заложены уравнения Навье-Стокса, теплопроводности и непрерывности в приближении для несжимаемой жидкости. В статье рассмотрено влияние взаиморасположения источника и приемника тепла на температуру теплонагруженного элемента. Оценена эффективность площади поверхности теплоотводящего тела. Выведено соотношение температуры поверхности тела, учитывая эквивалентность распределения теплового поля от источника электростатическому полю заряда. Тепло распространяется при конвективном тепломассопереносе между твердыми телами и окружающей средой, а также и в самой среде. Естественная конвекция наблюдается в свободно движущейся среде при разности плотностей более холодных и горячих областей. В связи с этим, для более эффективного отвода тепла необходимо обеспечить безотрывное обтекание теплоотвода аэродинамическим потоком. В рабочей области, с размерами, многократно превышающими размеры теплоотводящего тела формируется плоскопараллельный аэродинамический поток. В области фиксируется точка, являющаяся источником тепловой энергии и центром масс всех исследуемых теплоотводящих тел. Торцевые стенки рабочей области являются истоком и стоком аэродинамического потока, на боковых стенках выполняется условие проскальзывания и теплоизоляции. На вход рабочей области (канала) поступает аэродинамический поток, с заданной скоростью и температурой обтекающий теплоотводящее тело с внутренним точечным источником тепла. Сегодня разнообразные вычислительные методы движения рабочего вещества прогрессируют очень быстро, однако моделирование потоков больших скоростей сопровождается с трудностями, которые являются актуальными и в настоящее время. В заключении приводится вывод о том, что из-за сужения области распространения теплового потока в теплоотводящем теле большая его часть неэффективна, что подтверждено вычислительным экспериментом в системе Ansys Fluent.

Скачать в PDF

Ключевые слова Численное моделирование; уравнение Навье-Стокса; уравнение теплопроводности; уравнение неразрывности; теплоотводящее тело; теплонагруженный источник; тепломассоперенос.
Библиографический список 1. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. испр. и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 550 с.
2. Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники: учеб. пособие. – М.: Машиностроение – 1, 2002. – 260 с.
3. Цветков Ф.Ф., Киримов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену. – М.: Изд-во. МЭИ, 1997. – 24 с.
4. Аметистов Е.В. Основы теории теплообмена: учеб. пособие. – М.: МЭИ, 2000. – 247 с.
5. Цветков Ф.Ф. Задачник по совместным процессам тепло- и массообмена / под ред. В.И. Величко. – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 24 с.
6. Цветков Ф,Ф,, Салохин В.И. Теплообмен излучением. Задачи и упражнения / под ред. В.Ю. Демьяненко. – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 64 с.
7. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. – М.: Атомиздат, 1979. – 416 с.
8. Лутченков Л.С., Лайне В.А. Моделирование и анализ тепловых режимов аппаратуры.
– СПБ.: ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 1995. – 355 с.
9. Шелест В.И., Кондрашев А.С. Концептуальный алгоритм теплофизического проектирования радиоэлектронных средств // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – № 5. – С. 26-27.
10. Охрем В.Г. Некоторые модели стационарных термоэлектрических холодильников // ИФЖ. – 2001. – Т. 74, № 5. – С. 127-130.
11. Моисеев В.Ф., Зайков В.П. Влияние режима работы термоэлектрического устройства на его надежность // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2001.
– № 4-5. – С. 30-33.
12. Письменный Е.Н., Бурлей В.Д. Влияние разрезки, поворотов и отгибки ребер на теплоаэродинамические характеристики поверхностей теплообмена // Промышленная теплотехника. – 2003. – Т. 25, № 1. – С. 10-16.
13. Письменный Е.Н., Баранюк А.В. Теплоотводящая поверхность с пластинчато-просечным оребрением при низкоскоростном обдуве // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2005. – № 4. – С. 43-45.
14. Палий А.В., Замков Е.Т., Серба П.В. Определение толщины пограничного слоя при обтекании тела аэродинамическим потоком методом электростатической аналогии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 1 (126). – C. 192-197.
15. Шабаров В.В. Применение системы ANSYS к решению гидрогазодинамических задач.
– Нижний Новгород, 2006. – 108 с.
16. Палий А.В., Замков Е.Т. Механизм возникновения трения и сопротивления тела в газовом потоке // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 1 (126). – C. 186-191.
17. Палий А.В., Замков Е.Т., Булейко В.Г. Механизм создания сопротивления плоской поверхности в газовом потоке тангенциальной составляющей скорости молекулы газа // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 1 (138). – C. 197-202.
18. Перепека В.И. Некоторые вопросы контактного теплообмена элементов в РЭА // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. – 1968. – № 2. – С. 43-47.
19. Палий А.В., Панатов Г.С. Температура и теплоперенос. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 132 с.
20. Палий А.В. Оптимизация формы теплоотвода для теплонагруженного элемента в условиях тепломассопереноса воздуха // Тепловые процессы в технике. – 2015. – № 7.
– C. 333-336.

Comments are closed.