Theoretical Foundations of Chemical EngineeringTheoretical Foundations of Chemical EngineeringТеоретические основы химической технологии0040-35713034-6053The Russian Academy of Sciences65281110.31857/S0040357124020042CULLEBArticlesСтатьиResearch ArticleТурбулентная температуропроводность по данным прямого численного моделированияТурбулентная температуропроводность по данным прямого численного моделированияЧесноковЮ. Г.
Russian Federation
ygchesnokov@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)2304202458216617102022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0040-3571/article/view/652811

В работе изучается влияние чисел Рейнольдса и Прандтля на коэффициент турбулентной температуропроводности в плоском канале. Используются данные, полученные различными исследовательскими группами при помощи метода прямого численного моделирования. Показано, что отношение коэффициента турбулентной температуропроводности к коэффициенту молекулярной температуропроводности и числу Рейнольдса, вычисленному по динамической скорости, не является универсальной функцией безразмерного расстояния до стенки, как это вытекает из логарифмической формулы для профиля температуры и закона дефекта температуры, а зависит от чисел Рейнольдса и Прандтля. Получены соотношения, позволяющие оценить указанную величину при сравнительно больших значениях этих параметров.

В работе изучается влияние чисел Рейнольдса и Прандтля на коэффициент турбулентной температуропроводности в плоском канале. Используются данные, полученные различными исследовательскими группами при помощи метода прямого численного моделирования. Показано, что отношение коэффициента турбулентной температуропроводности к коэффициенту молекулярной температуропроводности и числу Рейнольдса, вычисленному по динамической скорости, не является универсальной функцией безразмерного расстояния до стенки, как это вытекает из логарифмической формулы для профиля температуры и закона дефекта температуры, а зависит от чисел Рейнольдса и Прандтля. Получены соотношения, позволяющие оценить указанную величину при сравнительно больших значениях этих параметров.

турбулентные течениятеплообменкоэффициент турбулентной температуропроводностиKasagi N., Tomita Y., Kuroda A. Direct numerical simulation of passive scalar field in turbulent channel flow // ASME J. Heat Transf. 1992. V. 144. P. 598–606.Kawamura H., Oshaka K., Abe H., Yamamoto K. DNS of turbulent heat transfer in channel flow with low to medium-high Prandtl number fluid // Int. J. Heat and Fluid Flow. 1998. V. 19. P. 482–491.Kawamura H., Abe H., Matsuo Y. DNS of turbulent heat transfer in channel flow with respect to Reynolds and Prandtl number effects // Int. J. Heat and Fluid Flow. 1999. V. 20. P. 196–207.Abe H., Kawamura H., Matsuo Y. Surface heat-flux fluctuations in a turbulent channel flow up to Reτ = 1020 with Pr = 0.025 and 0.71 // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2004. V. 25. P. 404–419.Kozuka M., Seki Y., Kawamura H. DNS of turbulent heat transfer in a channel flow with a high spatial resolution // Int. J. Heat Fluid Flow. 2009. V. 30. P. 514–524.Pirozzoli S., Bernsrdini M., Orlandi P. Passive scalars in turbulent channel flow at high Reynolds number // J. Fluid Mech. 2016. V. 788. P. 614–639.Lluesma-Rodriguez F., Hoyas S., Pérez-Quiles M.J. Influence of the computational domain on DNS of turbulent heat transfer up-to Reτ = 2000 for Pr = 0.71 // Int. J. Heat Mass Transf. 2018. V. 122. P. 983–992.Alcántara-Ávila A., Hoyas S., Pérez-Quiles M.J. DNS of thermal channel flow up to Reτ = 2000 for medium to low Prandtl numbers // Int. J. Heat Mass Transf. 2018. V. 127. P. 349–361.Alcantara-Avila, F., Hoyas, S., Perez-Quiles, M.J. Direct Numerical Simulation of thermal channel flow for Reτ = 5000 and Pr = 0.71 // J. Fluid Mech. 2021. V. 916. A 29.Wei T., Fife P., Klewicki J., McMurty P. Scaling heat transfer in fully developed turbulent channel flow // Int. J. Heat Mass Transf. 2005. V. 48. P. 5284–5296.Abe H., Antonia R.A., Kawamura H. Correlation between small-scale velocity and scalar fluctuations in a turbulent channel flow // J. Fluid Mech. 2009. V. 627. P. 1–32.Antonia R.A., Abe H., Kawamura H. Analogy between velocity and scalar fields in a turbulent channel flow // J. Fluid Mech. 2009. V. 628. P. 241–268.Seena A., Afzal N. Power law velocity and temperature profiles in a fully developed turbulent channel flow // Trans. ASME J. Heat Trans. 2008. V. 130. 091701.Chesnokov Yu.G. Deviation from the temperature-defect law // Russian J. Appl. Chem. 2013. V. 86. № 2. P. 220–224. [Чесноков Ю.Г. Отклонения от закона дефекта температуры //Журн. прикл. химии. 2013. Т. 86. № 2. С. 239–245.]Chesnokov Yu.G. On the wall law for temperature // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. № 2. P. 247–251. [Чесноков Ю.Г. О законе стенки для температуры // Теор. основы хим. технологии. 2017. Т. 51. № 2. С. 230–234.]Abe H., Antonia R.A. Mean temperature calculations in a turbulent channel flow for air and mercury // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 132. P. 1152–1165.Wei T. Heat transfer regimes in fully developed plane-channel flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 133. P. 393–404.Davidson P.A. Turbulence. An Introduction for Scientists and Engineers. New York: Oxford University Press. 2004.Kader B.A., Yaglom A.M. Heat and mass transfer laws for fully developed wall flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 1972. V. 15. P. 2329–2351.Чесноков Ю.Г. Зависимость от критерия Рейнольдса интегральных характеристик течения в плоском канале // Изв. С.- Петербургского гос. технологического института (техн. университета). 2016. № 36. С. 104–107.Чесноков Ю.Г. Расчет теплоотдачи в плоском канале при турбулентном режиме течения // Изв. С.- Петербургского гос. технологического института (техн. университета). 2023. № 67. С. 65–68.