Соловьева Ольга Викторовна – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Энергообеспечение предприятий, строительство зданий и сооружений»
Olga V. Soloveva
Соловьев Сергей Анатольевич – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Инженерная кибернетика»
Sergei A. Solovev
Ваньков Юрий Витальевич – д-р техн. наук, зав. кафедрой «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения»
Yuri V. Vankov
Ахметова Ирина Гареевна –д-р техн. наук, заведующий кафедрой «Экономика и организация производства»
Irina G. Akhmetova
Шакурова Розалина Зуфаровна – аспирант
Rozalina Z. Shakurova
Талипова Азалия Радиковна – магистрант
AzaliaR. Talipova
ЦЕЛЬ. Повышение энергоэффективности высокопористых ячеистых материалов с различной геометрией (SC, BCC, FCC, DEM) и с различными пористостями среды(ε=0,7; ε=0,75; ε=0,8; ε=0,85; ε=0,9; ε=0,95) посредством численного моделирования. Определить влияние геометрии и пористости ячеистого материала на значения перепада давления, тепловой поток и показатель энергетической эффективности.
МЕТОДЫ. Численное моделирование проводилось в программном комплексе ANSYS Fluent v. 19.2. Геометрические модели пористых сред представляют собой наборы пересекающихся сфер с различной структурой упаковки: периодическая простая кубическая упаковка (SC), гранецентрированная кубическая упаковка (FCC), объемно-центрированная кубическая упаковка (BCC) и случайная структура, созданная методом дискретных элементов (DEM). Расчеты проводились при следующих скоростях потока воздуха: 0,01; 0,05; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 м/с.
РЕЗУЛЬТАТЫ. При скоростях потока воздуха 0,01 м/с и 0,05 м/с все исследуемые структуры демонстрируют близкие значения теплового потока. При значениях пористости ε=0,75; ε=0,8; ε=0,85 наибольшие значения теплового потока показала структура FCC, при пористостях ε=0,7;ε=0,9; ε=0,95 наибольший тепловой поток имела структура BCC. Это объясняется тем, что при соответствующих значениях пористости структура FCC или BCC имели наибольшую площадь поверхности, которая и обеспечивала большой тепловой поток. При пористостях среды ε=0,7 и ε=0,75 упаковки BCC и FCC показывают высокое значение перепадa давления. При пористостях среды ε=0,8 и ε=0,85наибольшее значение перепада давления соответствует упаковке ячеек FCC, а при пористостях ε=0,9 и ε=0,95 – упаковке BCC.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При максимальном значении пористости ε=0,95 упаковка ячеек BCC обеспечивает большее значение теплового потока по сравнению со структурой FCC. Упаковка SC имеет наименьшие значения теплового потока при всех исследуемых пористостях. Также упаковке SC соответствуют наименьшие значения перепада давления и, в связи с этим, наиболее высокие значения показателя энергетической эффективности.
THE PURPOSE. Improving the energy efficiency of open cell foam materials with different geometries (SC, BCC, FCC, DEM) and with different medium porosities (ε=0.7; ε=0.75; ε=0.8; ε=0.85; ε=0.9; ε=0.95) by numerical simulation. To determine the influence of the geometry and porosity of an open cell foam material on the values of pressure drop, heat flux and energy efficiency factor.
METHODS .Numerical simulation was carried out using the ANSYS Fluent 19.2 software package. Geometric models of porous structures are sets of intersecting spheres with different packing structures: periodic Simple Cubic packing (SC), Face Centered Cubic packing (FCC), Body Centered Cubic packing (BCC), and random structure generated by the discrete element method (DEM).The calculations were carried out at the following air flow velocities: 0.01; 0.05; 0.25; 0.5; 0.75; 1; 1.25 m/s.
RESULTS. Atair flow velocities of 0.01 m/s and 0.05 m/s, all the studied structures show approximately the same heat flux. With porosity values ε=0.75; ε=0.8; ε=0.85 the highest values of heat flow were shown by the FCC structure, with porosity ε=0.7; ε=0.9; ε=0.95 the BCC structure had the highest heat flux. This is explained by the fact that, at the corresponding porosity values, the FCC or BCC structure had the largest surface area, which provided the largest heat flux. With the porosities of media ε=0.7 and ε=0.75, the BCC and FCC cell packages show a high pressure drop. With the porosities of media ε=0.8 and ε=0.85, the highest pressure drop corresponds to FCC cell packing, and for porosities ε=0.9 and ε=0.95, to BCC cell packing.
CONCLUSION. With equal high porosity, the BCC cell packing provides a higher value of heat flux than the FCC structure. The SC package has the lowest heat flux values for all studied porosities. The SC package also has the lowest pressure drop values and therefore the highest energy efficiency values.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.