Исследование влияния густоты расчётной сетки на коэффициент теплоотдачи при численном моделировании поперечного обтекания трубного пучка коридорного типа

Обоснование. В статье рассматривается численное моделирование поперечного обтекания пятирядного трубного пучка коридорного типа воздушным потоком при сопряженном теплообмене. Исследуемая модель характерна для воздухоохлаждаемых теплообменных аппаратов, таких как воздушные конденсаторы, маслоохладители или градирни. Наружная поверхность труб имела температуру, большую, чем температура потока воздуха. Скорость воздуха соответствовала числу Рейнольдса в узком сечении трубного пучка, характерному для теплообменных аппаратов вышеуказанного типа. Результаты численного моделирования определяются качеством расчётной сетки. При этом, чем больше расчетных ячеек и меньше их размер, тем больше вычислительных и временных ресурсов требуется для решения задачи. Вместе с тем, полученные результаты наиболее приближены к натурному эксперименту.

Цель работы — определение уровня детализации расчётной области, при которой возможно получение корректных результатов численного моделирования сопряженного теплообмена.

Результаты. Исследовано влияние количественных характеристик шести вариантов расчётной сетки на значение среднего коэффициента теплоотдачи. Варианты отличались степенью детализации: числом и величиной ячеек (от крупной к мелкой). В каждом случае получены значения среднего коэффициента теплоотдачи, определяемые степенью погрешности численного эксперимента. Указанные данные сравнивались c данными, полученными при решении критериальных уравнений конвективного теплообмена по трем методикам.

Заключение. Определена погрешность нахождения коэффициента теплоотдачи рассмотренными методами. Установлено, что результаты численного моделирования при высокой степени детализации, близки к результатам, полученным при расчёте по методике Бэра. Полученные результаты могут быть полезны при численном моделировании течений в теплообменных аппаратах с поперечным обтеканием трубных пучков.