Badanie to koncentruje się na właściwościach wiru i przenoszenia ciepła w kanałach utworzonych przez zębowe wiązki rur z płetwami,mające na celu ujawnienie, w jaki sposób różne parametry konstrukcyjne wpływają synergistycznie na opór przepływuCelem jest dostarczenie teoretycznej podstawy do projektowania wysokiej wydajności, niskiego oporu i długotrwałego sprzętu wymiany ciepła.Płetwy zębowe są szeroko stosowane w chłodzonych powietrzem wymiennikach ciepła, kominy i systemy odzyskiwania ciepła przemysłowego ze względu na wysoki współczynnik płetw, lekką konstrukcję i tłumienie drgań.

Wcześniejsze badania koncentrowały się jednak głównie na danych dotyczących makroskopowego przenoszenia ciepła i spadku ciśnienia.brak systematycznego zrozumienia związku między wewnętrzną ewolucją wiru a lokalnym rozkładem obciążenia cieplnegoW związku z tym trudno jest zrównoważyć wysoką wydajność transferu ciepła i bezpieczeństwo konstrukcyjne podczas projektowania.

W celu rozwiązania tego problemu w niniejszym badaniu skonstruowano trójwymiarowy model okresowego kanału, wybierając jako kluczowe zmienne poprzeczną wysokość rur, wzdłużną wysokość rur i rozstawienie płetw.obejmujący powszechnie stosowany zakres liczby Reynoldsa od 10od 1000 do 50 000000Model turbulencji SST k-ω, potwierdzony eksperymentami, jest stosowany na 1,2 milionach strukturyzowanych sieci do wykonywania symulacji niestabilnych dużych wirów, jednocześnie rejestrując natychmiastową prędkość,wiry, i pola temperatury.

Typowe struktury, takie jak uliczki wiru Kármán i wiry podkowy, są identyfikowane przy użyciu kryterium Q, a średnia przestrzenna integracja czasowa jest wykorzystywana do uzyskania liczby Nusselt, liczby Eulera,i liczba Strouhala, przekształcając "niewidzialne" wiry w wymierne i porównywalne wskaźniki wydajności.

Wyniki pokazują, że zmniejszenie poprzecznej wysokości rury zwiększa prędkość przepływu i znacznie zwiększa częstotliwość rozlewu wirówki,Zwiększenie przepływu ciepła o ponad 30%, ale podwojenie oporu przepływuZwiększenie podłużnej wysokości rur pozwala wirom w pełni rozwinąć się i połączyć, zwiększając przenoszenie ciepła o prawie 50% przy ograniczonym zwiększeniu oporu.zwiększa intensywność wiru, a jednak zmniejsza spadek ciśnienia, prezentując korzystną tendencję "im mniej oporu, tym mniej, tym lepszy transfer ciepła".

Dalsze porównanie pomiędzy lokalnymi strukturami wirów i strumieniem ciepła powierzchniowego ujawnia, że regiony wirów wykazują jednolite gradienty temperatury i wysokie lokalne liczby Nusselt,W regionach bez wirów występują "gorące punkty" o wysokiej temperaturze., " co może powodować koncentrację naprężenia termicznego i wczesne zmęczenie płetw.

Wyniki te wyjaśniają bezpośrednio przyczynę lokalnych pęknięć i deformacji obserwowanych w wiązkach rur polowych i stanowią kryterium dla późniejszej oceny bezpieczeństwa.Na podstawie 216 zestawów danych symulacji ortogonalnych, badanie proponuje bezwymiarowe korelacje dla Nu, Eu i St w odniesieniu do Re i trzech parametrów geometrycznych, z odchyleniami w granicach 10%,które mogą być bezpośrednio wbudowane w oprogramowanie do selekcji inżynierii w celu szybkiego przewidywania wydajnościSpecyficzne formularze są następujące:

Wyniki nie tylko wypełniają lukę w mechanizmie sprzężenia "wir-ciepło" płetw zębkowych, ale również zapewniają wieloobiecującą ścieżkę optymalizacji "zwiększenia przenoszenia ciepła,zmniejszenie oporu, oraz zapewnienie bezpieczeństwa" dla zastosowań takich jak wyspy chłodzone powietrzem w elektrowniach cieplnych, chłodnice powietrza petrochemiczne i chłodzenie transformatorów trakcyjnych w pociągach dużych prędkości.

Projektanci mogą precyzyjnie dopasować poprzeczny ton do wysokiego przenoszenia ciepła, użyć podłużnego tonu do tłumienia szczytów oporu i na zmianę ustawić odległość płetwy, aby wyeliminować lokalne przegrzanie,osiągnięcie minimalnych kosztów cyklu życiaW kontekście podwójnego węgla badania te mają znaczący potencjał w zakresie zmniejszenia zużycia energii w systemach chłodzenia i poprawy efektywności odzysku ciepła przemysłowego.

W przyszłości można go rozszerzyć na różne profile zębów, płetwy o zmiennym przecinku i mieszane płynów roboczych,ciągłe promowanie rozwoju technologii zarządzania cieplnym o wysokiej wydajności.