Оценка теплогидравлической эффективности прямоугольных риблет на внутренней поверхности трубы
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2026-10-1-13-21
EDN: OZHBQW
Аннотация
Целью данной работы является исследование возможности интенсификации теплообмена и снижения гидравлических потерь в трубопроводных системах за счет использования структурированных поверхностей.
В статье выполнена оценка теплогидравлической эффективности прямоугольных риблет высотой h = 1 мм и отношениям высоты к ширине h/t = 1,1 по сравнению с гладкой поверхностью и поверхностями с эквивалентными песочными шероховатостями (высотой 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 мм), в условиях полностью развитого турбулентного течения при числе Рейнольдса Re = 20 000. Исследование проведено на основе результатов CFD-моделирования в Ansys Fluent 19.1 R1 с использованием периодических граничных условий.
Результаты показывают, что, в отличие от других видов поверхностей, исследуемая поверхность с прямоугольными риблетами демонстрирует высокую теплогидравлическую эффективность среди всех рассмотренных форм поверхности труб (на 86 % выше по сравнению с гладкой поверхностью). Полученные данные указывают на высокий потенциал широкого применения риблет в теплогидравлических системах.
Об авторах
С. А. Зайдес
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия
Россия
ЗАЙДЕС Семен Азикович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Материаловедение, сварочные и аддитивные технологии»
AuthorID (РИНЦ): 324067
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Туан Зунг Чан
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия
Россия
ЧАН Туан Зунг, аспирант кафедры «Материаловедение, сварочные и аддитивные технологии»
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Список литературы
1. Митрофанова О. В. Гидродинамика и теплообмен в закрученных потоках в каналах ядерных энергетических установок: монография. Москва: Физматлит, 2010. 286 с. ISBN 978-5-9221-1223-9.
2. Leontiev A. I., Lushchik V. G., Makarova M. S. Temperature recovery factor in the boundary layer on a permeable plate. High Temperature. 2017;55(2):246–252. https://doi.org/10.1134/S0018151X17020080.
3. Dean B., Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow: a review. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2010;368(1929):4775–4806. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0201. EDN: OCZZWV.
4. Garcia-Mayoral J., Jimenez J. Drag reduction by riblets. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2011;369(1940):1412–1427. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0347.
5. Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: монография. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та. 2012. 88 с. ISBN 978-5-7422-3349-7. EDN: QJZWON.
6. Soleimani S., Eckels S. A review of drag reduction and heat transfer enhancement by riblet surfaces in closed and open channel flow. International Journal of Thermofluids. 2021;9:1–15. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2020.100053. EDN: DFVAJB.
7. Webb R. L., Kim N.-H. Principles of enhanced heat transfer. New York: Taylor & Francis, 2005. 846 p. https://doi.org/10.4324/9780203017869.
8. Bechert D. W., Bruse M., Hage W. [et al.]. Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry. Journal of Fluid Mechanics. 1997;338:59–87. https://doi.org/10.1017/S0022112096004673. EDN: ECLQYP.
9. Walsh M. J. Riblets as a viscous drag reduction technique. AIAA Journal. 1983;21(4):485–486. https://doi.org/10.2514/3.60126.
10. Walsh M. J. Turbulent boundary layer drag reduction using riblets. AIAA Paper. 2012;82-0169:1–11. https://doi.org/10.2514/6.1982-169.
11. Lushchik V. G., Makarov A. E., Yakubenko A. E. Heat transfer and friction on surfaces with longitudinal ribs. Thermophysics and Aeromechanics. 2005;43:881–889. https://doi.org/10.1007/s10740-005-0135-z. EDN: LJBOYP.
12. ANSYS Inc. ANSYS Design Modeler User’s Guide. Version 2019 R1. Canonsburg, PA. USA: ANSYS Inc., 2019. 450 p.
13. Eggels J., Unger F., Weiss M. [et al.]. Fully developed turbulent pipe flow: a comparison between direct numerical simulation and experiment. Journal of Fluid Mechanics. 1994;268:175–209. https://doi.org/10.1017/S002211209400131X.
14. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Вычислительные технологии в задачах механики жидкости и газа: монография. Москва: Физматлит. 2012. 468 с. ISBN 978-5-9221-1438-7. EDN: UGLCIR.
15. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal. 1994;32(8):1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.
16. Chung D., Hutchins N., Schultz M. P., Flack K. A. Predicting the Drag of Rough Surfaces. Annual Review of Fluid Mechanics. 2021; Vol. 53. P. 439–471. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-062520-115127.
17. Schlichting H., Gersten K. Boundary-layer theory. 9th revised ed. Berlin: Springer, 2017. 805 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-52919-5.
18. Andersson B., Andersson R., Håkansson L. [et al.]. Computational fluid dynamics for engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 2011. 216 p. ISBN 978-1-107-01895-2.
19. Blocken B., Stathopoulos T., Carmeliet J. CFD simulation of the atmospheric boundary layer: wall function problems. Atmospheric Environment. 2007;41(2):238–252. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2006.08.019.
20. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М. О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 1992. 672 с.
21. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах / пер. с англ. Е. В. Калабина / под ред. Г. Г. Янькова. Москва: МЭИ, 2003. ISBN 5-7046-0898-1. EDN: QMIDVJ.
22. Попов И. А., Махянов Х. М., Гуреев В. М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: монография / под общ. ред. Ю. Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 с. ISBN 978-5-93962-383-4. EDN: QMKUGF.
23. Cherghani M. M., Malekan M. R. Shark skin-inspired surface designs for drag reduction in drinking water distribution pipes. Water Research. 2022;284(15):1–9. https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123965. EDN: LRBHMI.
Рецензия
Для цитирования:
Зайдес С.А., Чан Т. Оценка теплогидравлической эффективности прямоугольных риблет на внутренней поверхности трубы. Омский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение". 2026;10(1):13-21. https://doi.org/10.25206/2588-0373-2026-10-1-13-21. EDN: OZHBQW
For citation:
Zaides S.A., Tran T. Numerical evaluation of the thermal-hydraulic performance of rectangular riblets in a tube. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2026;10(1):13-21. (In Russ.) https://doi.org/10.25206/2588-0373-2026-10-1-13-21. EDN: OZHBQW
Просмотров:
28
JATS XML
Послать статью по эл. почте 