АДАПТАЦІЯ ТЕМПЕРАТУРНОЇ ПРИСТІНКОВОЇ ФУНКЦІЇ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ТЕПЛООБМІНУ ПРИ НАДКРИТИЧНИХ ПАРАМЕТРАХ ТЕПЛОНОСІЯ

В.В. Філонов; Є.М.  Письменний; В.Г. Разумовський

doi:10.20535/1813-5420.4.2021.257268

Автор(и)

В.В. Філонов ТОВ «ІПП-Центр», Україна https://orcid.org/0000-0001-8123-026X
Є.М. Письменний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-6403-6596
В.Г. Разумовський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-7326-5056

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2021.257268

Ключові слова:

universal wall functions, supercritical parameters, CFD, deteriorated heat transfer

Анотація

У роботі обговорюється проблема адаптації існуючого універсального чи спеціалізованого інструментарію теплогідравлічного аналізу для нелінійних задач теплообміну при надкритичних параметрах теплоносія при погіршенні тепловіддачі. Розглянуті складності прогнозу нелінійного теплообміну при надкритичних параметрах інженерними методами розрахункової гідродинаміки. Запропоновано простий спосіб адаптації двозонної температурної пристінкової функції Кадера на основі існуючих зондових досліджень для двоокису вуглецю. Обговорюється проблема імплементації в універсальні пакети обчислювальної гідродинаміки CFD, яка базується на способі вибору опорної координати пристінкової зони для визначення динамічної швидкості та безрозмірної температури. На прикладі ANSYS CFX показаний один із способів створення спеціальної користувальницької процедури, яка має покращену тенденцію щодо прогнозу аксіального профілю температури при погіршеному теплообміні. У роботі проведено калібрування та валідацію отриманих результатів на основі експериментальних досліджень для вертикальних труб та стержневих збірок імітаторів твел. Також в роботі обговорюються особливості запропонованої імплементації, та сформовані рекомендації для застосування та подальшого удосконалення інженерних підходів для прогнозування погіршення теплообміну при надкритичних параметрах теплоносія.

Посилання

J.Allegrini, V. Dorer, T. Defraeye, J. Car-meliet, “An adaptive temperature wall function for mixed convectiveflows at exterior sur-faces of buildings in street canyons,” Building and Environment, vol. 49, pp. 55–66, 2012.

М. Popovac, К. Hanjalic, “Compound Wall Treatment for RANS Computation of Complex Turbulent Flows and Heat Transfer,” Flow Turbulence Combust, vol. 78, pp. 177–202, 2007.

P. Kirillov, M. Terent'eva, “Turbulent Prandtl number (History and present),” (In Russian), Obninsk: IPE, 3271, p. 56, 2017. (ISBN 978-5-906512-89-5).

B. Kader, “Temperature and concentration profiles in fully turbulent boundary layers,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 9, pp. 1541–1544, 1981.

S. ZHlutkov, A. Aksenov, “ Near-wall functions for high-Reynolds calculations in the FlowVision software package,” (In Russian), Computer research and modeling, vol. 6, pp.. 1221–1239, 2015.

V. Kurganov, A. Kaptil’nyi, “Velocity and enthalpy Fields and edd diffusivities in a heated supercritical fluid flow,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 5, pp. 465–478, 1992.

V. Kurganov, A. Kaptil’nyi, “Flow structure and turbulent transport of a supercritical pressure fluid in a vertical tube under the conditions of mixed convection. Experimental data,” Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 36, pp. 3383–3392, 1993.

A.Zhukauskas, A. Shlyanchyauskas, “Heat transfer in a turbulent fluid flow,” (In Russian), Vilnius: Mintis, pp. 328, 1973.

F. Berni, S. Fontanesi, “A 3D-CFD methodology to investigate boundary layers and assess the applicability of wall functions in actual industrial problems: A focus on incylinder simulations,” Applied Thermal Engineering, vol. 174, pp. 4–15, 2020.

Y. Dubyk, V. Filonov, Y. Filonova, O. Kovalenko, “Deteriorated Heat Transfer Influence On the Stress-Strain State of SMR SCWR Fuel Bundles,” ASME J of Nuclear Rad Sci, pp. 1–14, 2021.

V. Filonov, Y. Filonova, Y. Dubyk, E. Pis'mennyi, “Transfer matrix method for analysis of flow thermohydraulic characteristics with extremely nonlinear behavior of thermophysical properties using channel approach,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 15, pp. 1–18, 2022.

S. Mokry, I. Pioro, P. Kirillov, Y. Gospodinov, “Supercritical-water heat transfer in vertical bare tube,” Nuclear Engineering and Design, vol. 240, pp. 568–576, 2010.

V. Kurganov, I. Maslakova, “Normal and deteriorated heat transfer upon heating of turbulent flows of heat carriers with variable physical properties in tubes,” High Temperature, vol. 54, pp. 577–598, 2016.

V. Filonov, Y. Filonova, V. Razumovskiy, E. N. Pis’mennyi, “On experimental and computational investigation of heat transfer deterioration and hydraulic resistance in annular channel and SCWR 3-rod bundle,” Proceedings of the ICONE-26, 2018.