8 / 15
Тогда уравнение состояния ФС может быть образовано с помощью
линейной интерполяции, например,
ρ
ФС
(
T, p,
_
ψ
) = exp(
_
ψ
)
ρ
ЭТ
(
T, p
) + (1
−
exp(
_
ψ
))
ρ
ПР
(
T, p
)
.
Вычислительные эксперименты.
Панель системы охлаждения
двигателя представляет собой пластину из жаропрочной стали, в ко-
торой выполнен П-образный канал для подачи ЭТ. Панель с одним
П-образным каналом будем называть
теплообменной секцией
. Харак-
терные размеры теплообменной секции, включая канал для подачи
ЭТ, показаны на рис. 1,
а
, панель охлаждения, состоящая из трех те-
плообменных секций, — на рис. 1,
б
. В вычислительных экспериментах
использованы панели, состоящие из 20 и 50 секций.
Последняя теплообменная секция оборудована теплоизолирован-
ным патрубком (рис. 1,
в
), который необходим для корректной поста-
новки граничных условий для ЭТ на выходе из панели охлаждения.
Предполагается, что поток на выходе является гидро- и теплостаби-
лизированным, поэтому на выходном сечении патрубка ставят одно-
родные (так называемые мягкие) граничные условия второго рода для
компонент скорости, температуры, кинетической энергии турбулент-
ных пульсаций и диссипативного переменного.
Для моделирования теплопроводности в панели охлаждения по-
строена неструктурированная сетка (рис. 2).
Известно, что шероховатость оказывает сильное влияние на кон-
вективный теплообмен в каналах (особенно малого эквивалентного
диаметра). В проведенных расчетах принято, что высота микроне-
ровностей равномерной шероховатости составляет
4
∙
10
−
5
м. В про-
точной части канала использована регулярная сетка. Вычислительная
сетка состоит из 3 837 240 контрольных объемов в проточной части
и 12 660 951 контрольного объема в конструкции панели охлаждения.
Для моделирования использован пакет FLUENT.
В качестве ЭТ выбран пентан (
C
5
H
12
), протекающий по каналу
панели охлаждения при сверхкритическом давлении 5МПа. Значения
эмпирических констант для пентана:
E
= 231 268
Дж/моль;
A
= 1
,
75
×
×
10
12
с
−
1
;
B
= 1
,
68
∙
10
6
[3]. Температура пентана на входе в 20-
секционную панель 300 K.
Сначала проведено численное моделирование сопряженного те-
плообмена в 20-секционной панели охлаждения, массовый расход пен-
тана составил 0,0067 кг/с. Зависимости максимальной температуры
T
max
конструкции, среднемассовой температуры пентана на выходе
из 20-секционной панели охлаждения
h
T
f
i
и ЛСРЭТ
ψ
от тепловой
нагрузки приведены на рис. 3. Вследствие эндотермического эффекта
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 1
91