DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-324-331


УДК 536.24: 519.63

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЦИЛИНДРА ПОТОКОМ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СРЕДЫ, ДВИГАЮЩИМСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ

Макаров С. С.


Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Макаров С.С. Численное моделирование процесса охлаждения металлического цилиндра потоком газожидкостной среды, двигающимся горизонтально в кольцевом канале // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 2. С. 324–331. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-324-331

Аннотация

Постановка задачи. Приводятся результаты численного моделирования процесса охлаждения металлического цилиндра потоком газожидкостной среды, двигающимся вдоль поверхности высокотемпературного металлического цилиндра в кольцевом канале. Результаты получены на основе математической модели сопряженного теплообмена потока газожидкостной среды и металлического цилиндра в двухмерной нестационарной постановке, учитывающей осесимметричность течения потока охлаждающей среды относительно продольной оси цилиндра. Метод решения. Для решения системы дифференциальных уравнений использован метод контрольного объема. Параметры поля течения рассчитаны алгоритмом SIMPLE. Для итерационного решения систем линейных алгебраических уравнений использован метод Гаусса–Зейделя с нижней релаксацией. Результаты численных расчетов. Проведена верификация результатов численного моделирования с результатами аналитической оценки значений длин гидродинамического и теплового начальных участков стабилизации потока в кольцевом канале. Получены результаты численных расчетов параметров теплообмена при охлаждении газожидкостным потоком высокотемпературного металлического цилиндра с учетом парообразования. Определены значения температур цилиндра вдоль поверхности и по радиусу при охлаждении потоком охлаждающей среды со скоростью, характерной для ламинарного режима течения жидкости. Анализируется интенсивность изменения температуры поверхности металлического цилиндра в зависимости от начальной температуры, скорости потока жидкости и времени процесса охлаждения.


Ключевые слова: сопряженный теплообмен, высокотемпературный металлический цилиндр, кольцевой канал, парообразование, газожидкостная среда, численное моделирование, параметрический анализ

Список литературы
 1.     Hasan H.S., Peet M.J., Jalil J.M., Bhadeshia H. Heat transfer coefficient during quenching of steel // Heat and Mass Transfer.2011. V. 47.N 3.Р. 315–321.doi: 10.1007/s00231-010-0721-4
2.     Barglik J., Arendarska J., Dolega D., Smagor A. Numerical modeling of induction hardening of steel bodies // International Scientific Colloquium on Modeling for Electromagnetic Processing. Hannover, 2008. Р. 111–116.
3.     Babu K., Kumar T.S.P. Mathematical modeling of surface heat flux during quenching // Metallurgical and Materials Transactions. 2010. V. 41.N 1.Р. 214–224. doi: 10.1007/s11663-009-9319-y
4.     Hakberg В., Hogberg T. Mathematical model for hardening of steel // Materials Science and Engineering. 1978. V. 35. N 2. Р. 205–211. doi: 10.1016/0025-5416(78)90122-2
5.     Sankar K., Rao K.M., Krishna A.G. Prediction of heat transfer coefficient of steel bars subjected to Tempcore process using nonlinear modeling // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010. V. 47. N 9–12. Р. 1159–1166. doi: 10.1007/s00170-009-2240-3
6.     Fasano A., Hömberg D., Panizzi L. A mathematical model for case hardening of steel// Mathematical Models and Methods in Applied Sciences. 2009. V. 19. N 11. Р. 21012126. doi: 10.1142/S0218202509004054
7.     Dziak J. Mass and heat transfer during thin-film evaporation of liquid solutions / In: Advanced Topics in Mass Transfer. Ed. M. El-Amin. InTech, 2011. Р. 611–626.
8.     Nasr A., DebbissiC., Nasrallah S.B. Evaporation of a binary liquid film by forced convection // Thermal Science. 2011. V. 15. N 3. Р. 773–784. doi: 10.2298/TSCI100427076N
9.     Ose Y., Kinugi T. Numerical study on pool boiling // Proc. 8th Thermal Engineering Joint Conference, AJTEC. Honolulu, USA, 2011. V. 2. Р. 125–129.
10.  Липанов А.М., Макаров С.С. Численное решение задачи охлаждения потоком воды и воздуха высокотемпературного сплошного металлического цилиндра // Машиностроение и инженерное образование. 2014. № 1. C. 36–41.
11.  Макаров С.С., Чекмышев К.Э., Храмов С.Н., Макарова Е.В. Математическое моделирование охлаждения при закалке осесимметричных металлических заготовок // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2014. № 3 (63). С. 38–43.
12.  Макаров С.С., Чекмышев К.Э., Макарова Е.В. Математическая модель охлаждения цилиндрической заготовки одномерным нестационарным потоком воды // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2014. № 4 (207). С. 196–202.
13.  Липанов А.М., Макаров С.С. Численное решение задачи охлаждения полых металлических заготовок цилиндрической формы продольными потоками воды // Химическая физика и мезоскопия. 2014. Т. 16. № 4. С.524–529.
14.  Макаров С.С., Карпов А.И., Макарова Е.В. Математическая модель конвективного теплообмена при взаимодействии потока охлаждающей жидкости, двигающегося вдоль поверхности нагретого металлического цилиндра // Химическая физика и мезоскопия. 2016. Т. 18. № 1. С. 32–40.
15.  Липанов А.М., Макаров С.С., Карпов А.И., Макарова Е.В. Численное исследование охлаждения высокотемпературного металлического цилиндра потоком газожидкостной среды // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24. №1 С. 53–60.
16.  Makarov S.S., Dement’yevV.B., Makarova E.V. Mathematical modeling of cooling high-temperature cylindrical workpieces // Procedia Engineering. 2016. V. 150. P. 393–399. doi: 10.1016/j.proeng.2016.06.734
17.  Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
18.  Безуглый В.Ю., Беляев Н.М. Численные методы теории конвективного тепломассообмена. Киев-Донецк: Вища школа, 1984. 176 с.
19.  Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967. 411 с.
20.  Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М. : Машиностроение, 1967. 160 с.
21.  Стали и сплавы. Марочник / под ред. Сорокина В.Г., Гервасьева М.А. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 608 с.
22.  Лабейш В.Г. Жидкостное охлаждение высокотемпературного металла. Л.: ЛГУ, 1983. 172 с.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика