СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ШАХТЕ НАД ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАЕМЫМ ОДНОРЯДНЫМ ПУЧКОМ ОРЕБРЕННЫХ ТРУБ

УДК 536.24:66.045

 

  • Карлович Татьяна Борисовна − кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: tbkar@mail.ru
  • Карлович Алексей Олегович – студент механико-математического факультета. Белорусский государственный университет (220050, г. Минск, пр. Независимости, 4, Республика Беларусь). E-mail: karlovich@gmail.com
  • Сухоцкий Альберт Борисович − кандидат технических наук, доцент кафедры энергосбережения, гидравлики и теплотехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail:alk2905@mail.ru
  • Данильчик Екатерина Сергеевна – ассистент кафедры энергосбережения, гидравлики и теплотехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: 156.156@gmail.com

 

DOI: https://doi.org/ 10.52065/2520-6141-2023-272-2-5.

 

Ключевые слова: свободная конвекция, вытяжная шахта, оребренная труба, приближение Обербека – Буссинеска, уравнение Навье – Стокса, числа Рэлея, Прандтля, Пекле.

 

Для цитирования: : Карлович Т. Б., Карлович А. О., Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С. Сравнение результатов теоретического и экспериментального исследований воздушных потоков в шахте на электроподогреваемым однорядным пучком оребренных труб // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2023. № 2 (272). С. 27–33. DOI: 10.52065/2520-6141-2023-272-2-5.

 

Аннотация

В работе экспериментально и теоретически изучены особенности свободно-конвективного движения воздуха в вытяжной шахте над однорядным пучком оребренных труб. Экспериментально определены зависимости температуры боковой стенки шахты от высоты над поверхностью нагрева. Полученные зависимости аппроксимируются прямой линией в численном моделировании на основе уравнений термогравитационной конвекции, учитывающих среднюю по сечению ненулевую скорость течения воздуха в шахте. Экспериментально исследовано влияние застилающего материала (бумажный и алюминиевый листы) дна шахты на характер движения воздуха. Показано, что существенных отличий от свободного прохода воздуха через пучок оребренных труб не наблюдается, так как процесс во всех случаях протекает для чисел Рэлея, значительно превосходящих критическое значение. Это свойство используется для упрощения граничного условия в теоретической постановке задачи. На основе численного моделирования продемонстрировано, что стационарное состояние системы существует лишь для чисел Рэлея Ra < 40 000. При превышении данного значения реализуются квазипериодические незатухающие колебания температуры и скорости в прямоугольной шахте. Показано, что с ростом числа Пекле происходит стабилизация данных колебаний.

 

Скачать

Список литературы

  1. Карлович Т. Б., Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С. Деформация конвективных ячеек в плоском горизонтальном слое с проницаемыми границами при направленном течении жидкости // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2022. № 2 (260). С. 31–35.
  2. Карлович Т. Б., Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С. Конвекция Рэлея – Бенара в вытяжной шахте над однорядным горизонтальным пучком из оребренныз труб // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2021. № 2 (248). С. 58–64. 3. Шварцблат Д. Л. О спектре возмущений и конвективной неустойчивости плоского горизонтального слоя жидкости с проницаемыми границами // ПММ. 1968. Вып. 2. С. 276–281.
  3. Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М., Непомнящий А. А. Устойчивость конвективных течений. М.: Наука, 1989. 318 с.
  4. Карлович Т. Б., Сухоцкий А. Б., Данильчик Е. С. Конвективная неустойчивость воздушных потоков в вытяжной шахте над четырехрядным оребренным пучком // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-мат. навук. 2021. Т. 57, № 2. С. 242–254.
  5. Роуч П. Вычислительная гидродинамика / пер. с англ. В. А. Гущина, В. Я. Митницкого; под ред. П. И. Чушкина. М.: Наука, 1980. 660 с.
  6. Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.

 

Поступила после доработки 13.06.2023