Тадқиқоти академӣ, забони фаҳмо

Verianla | Тадқиқоти академӣ ва илм ба забони тоҷикӣ

27 сентябр 2026, якшанбе
VERİANLAНашри мустақили илмӣ
Кушодан ё бастани меню
...
Саҳифаи асосӣ / Илмҳои амалӣ / Муҳандисӣ / Ҷараёни турбулентӣ дар канал зери ҷараёни экспоненсиалии гармии девор: таъсири гармкунии босуръат ба қабати сарҳадӣ пеш аз оғози ҷӯшиш
Муҳандисӣ

Ҷараёни турбулентӣ дар канал зери ҷараёни экспоненсиалии гармии девор: таъсири гармкунии босуръат ба қабати сарҳадӣ пеш аз оғози ҷӯшиш

Ин таҳқиқот вокуниши якфазавии обро дар дохили канали турбулентӣ ба ҷараёни гармии деворӣ, ки ба таври экспоненсиалӣ меафзояд, то оғози ҷӯшиши ҳастаӣ бо моделсозии гирдоби бузург бо ҳалли баланди фазоӣ меомӯзад.

28/07/2026  Veri Anla 35 боздид
Ҷараёни турбулентӣ дар канал зери ҷараёни экспоненсиалии гармии девор: таъсири гармкунии босуръат ба қабати сарҳадӣ пеш аз оғози ҷӯшиш

Ин таҳқиқот вокуниши якфазавии обро дар дохили канали турбулентӣ ба ҷараёни гармии деворӣ, ки ба таври экспоненсиалӣ меафзояд, то лаҳзаи оғози ҷӯшиши ҳастаӣ бо моделсозии гирдоби бузург бо ҳалли баланди фазоӣ меомӯзад. Ҳадафи асосии таҳқиқот нишон додани он аст, ки ҳангоми афзоиши босуръати қувва қабати сарҳадии ҳароратӣ на танҳо аз ҷиҳати ҳарорат, балки аз ҷиҳати майдони суръат, сохторҳои гирдобӣ, танишҳои часпак ва интиқоли самтии гармӣ чӣ гуна аз нав ташкил меёбад.

Дар моделсозӣ ҳарорат на ҳамчун пайгиркунандаи ғайрифаъол, балки ҳамчун скаляри фаъоле баррасӣ шудааст, ки часпакии динамикӣ ва ноқилияти гармии обро тағйир медиҳад. Ҳамин тавр, майдони ҳарорат ба хусусиятҳои ҷараён таъсир мекунад ва майдони ҷараён низ ҳамзамон тақсимоти ҳароратро тағйир медиҳад. Ҳароратҳои ҳисобшудаи девор пеш аз оғози ҷӯшиш бо ченкуниҳои таҷрибавӣ, умуман бо фарқи камтар аз 5 фоиз, мувофиқат карданд.

Тибқи натиҷаҳои таҳқиқот, гармкунии босуръат бо паст кардани часпакӣ дар наздикии девори гарм суръати самти ҷараёнро зиёд мекунад, вортексиятро дар самти паҳноӣ қавитар месозад ва дар қабати буферӣ тақрибан [ y^+=60\text{–}140 ] профили қариб хаттии суръатеро ба вуҷуд меорад, ки ба ҷараёни Couette монанд аст. Сохторҳои ҷараёни гармшуда дар самти перпендикуляр ба девор фишурда шуда, дар самти паҳнои канал паҳн мешаванд. Ин тағйирот ба нигоҳ доштани гармӣ дар минтақаи наздик ба девор мусоидат мекунанд.

Дар гузариши босуръат шумораи Stanton тақрибан 30 фоиз афзуда, минтақаи аз ҷиҳати ҳароратӣ пурра инкишофёфта дар ҷойи барвақттари канал ба вуҷуд меояд. Баръакс, дар гармкунии суст ва қариб квазистатсионарӣ шумораи Stanton дар тамоми гузариш дар ҳудуди тақрибан 8 фоиз мемонад ва минтақаи вуруди ҳароратӣ дарозтар давом мекунад.

Дарҳол пеш аз оғози ҷӯшиш, гармкунии босуръат дар тӯли девор қабати васеъ ва нисбатан якхелаи моеъи аз ҳад гармшударо ба вуҷуд меорад. Дар гармкунии квазистатсионарӣ бошад, моеъи аз ҳад гармшуда дар дохили тасмаҳои самти ҷараён бо хатҳои турбулентии суръати паст вобаста мемонад. Ҳамин тавр, вақти гармкунӣ на танҳо интиқоли умумии гармӣ, балки ҷой ва тартиби фазоии пайдоиши эҳтимолии ҳубобчаҳои аввалро низ муайян мекунад.

Таҳқиқот ташаккули ҳубобча ё ҷӯшиши дуфазаро мустақим модел намекунад. Ҳама ҳисобҳо бо режими якфазавии моеъ то лаҳзаи [ t^*=0 ], ки дар таҷрибаҳо аввалин нишонаи ҷӯшиши ҳастаӣ дида мешавад, маҳдуд мебошанд.

Масъалае, ки таҳқиқот баррасӣ мекунад

Ба девор дар миқёси миллисония босуръат афзудани гармӣ масъалаи муҳими бехатарии ҳароратӣ барои реакторҳои ҳастаӣ, системаҳои электронии пуриқтидор, муҳаррикҳои мушакӣ ва ҷузъҳои рӯбарӯи плазма дар реакторҳои ояндаи синтези ҳастаӣ мебошад. Агар сарбории гармӣ ба қадри кофӣ зуд афзояд, моеъ дар наздикии девор метавонад аз ҳарорати сершавӣ боло равад, ҳатто агар қисми боқимондаи канал ҳанӯз сахт хунукшуда бошад.

Дар чунин шароит система метавонад ба се роҳи гуногун гузарад:

  • Хунуккунӣ метавонад дар режими якфазавии конвексияи маҷбурӣ боқӣ монад.
  • Ҷӯшиши ҳастаӣ оғоз шуда, интиқоли гармӣ муваққатан қавитар гардад.
  • Дар шароити вазнинтар плёнкаи буғ метавонад ташаккул ёбад ва бо кам шудани тамоси девор бо моеъ қобилияти дур кардани гармӣ ба таври хатарнок коҳиш ёбад.

Махсусан дар реакторҳои тадқиқотӣ, садамаи воридшавии реактивият метавонад ба афзоиши тақрибан экспоненсиалии қувваи сӯзишворӣ оварда расонад. Тарзи вокуниши қабати сарҳадии якфазавии хунуккунанда ба ин афзоиши зуд ба ҳарорати ғилофи сӯзишворӣ ва вақти оғози ҷӯшиш таъсир мерасонад.

Таҳқиқоти қаблӣ асосан ба ченкуниҳои интегралӣ, ба монанди ҳарорати миёнаи девор, коэффициенти миёнаи интиқоли гармӣ ё ҷараёни умумии гармӣ такя мекарданд. Ин ченкуниҳо майдонҳои сеандозаи суръат, вортексият, ҳарорат ва танишро, ки дар дохили қабати наздик ба девор ташаккул меёбанд, мустақим нишон намедиҳанд. Ин таҳқиқот ҳадаф дорад ин камбудиро бо моделсозии гирдоби бузург бо ҳалли баланди фазоӣ бартараф кунад.

Саволҳои таҳқиқот

Дар таҳқиқот саволҳои асосии зерин баррасӣ мешаванд:

  • Ҷараёни гармии деворӣ, ки ба таври экспоненсиалӣ меафзояд, сохтори наздик ба девори ҷараёни турбулентиро чӣ гуна тағйир медиҳад?
  • Часпакӣ ва ноқилияти гармии вобаста ба ҳарорат байни интиқоли импулс ва гармӣ чӣ гуна робитаи дуҷониба ба вуҷуд меоранд?
  • Байни гузариши босуръат ва квазистатсионарӣ аз ҷиҳати дарозии вуруди ҳароратӣ, шумораи Stanton ва тақсимоти ҳарорат чӣ фарқиятҳо вуҷуд доранд?
  • Дарҳол пеш аз оғози ҷӯшиш моеъи аз ҳад гармшуда ҳамчун плёнкаи якхела ё ҳамчун тасмаҳои турбулентӣ ташаккул меёбад?
  • Ҷараёнҳои гармӣ дар самтҳои перпендикуляр ба девор, самти ҷараён ва паҳнои канал чӣ тартиби бузургӣ доранд?
  • Оё профилҳои ҳарорат дар вақтҳо ва геометрияҳои гуногуни канал метавонанд бо як робитаи умумии математикӣ ифода шаванд?

Системаи таҷрибавӣ ва шароити корӣ

Модели ададӣ ба шароити таҷрибавии як ҳалқаи ҷараёни каммасштаб бо оби деионизатсияшуда асос ёфтааст. Ду геометрияи борики росткунҷаӣ баррасӣ шуданд:

Қисмати санҷишБаландии каналҶараёни массаАдадҳои Reynolds-и соишВақтҳои гармкунӣ
TS11 cm500 ва 900 kg m−2 s−1[ Re_\tau=410 ] ва [ Re_\tau=685 ]5, 20 ва 100 ms
TS21,95 mm1700 ва 2600 kg m−2 s−1[ Re_\tau=290 ] ва [ Re_\tau=407 ]5, 20 ва 100 ms

Фишори корӣ 10 bar ва ҳарорати вуруд 353 K, яъне 80 °C нигоҳ дошта шуданд. Дар ин шароит ҳарорати сершавӣ тақрибан 453 K аст ва дараҷаи зерсардкунии вуруд чунин муайян карда мешавад:

\[ \Delta T_{\mathrm{sub}}=T_{\mathrm{sat}}-T_{\mathrm{in}}=100\ \mathrm{K} \]

.

Унсури гармкунанда 20 mm дарозӣ ва 4 mm паҳноӣ дорад. Плёнкаи титанӣ бо ноҳамвории нанометрӣ истифода шудааст, ки бо усули таҳшинсозии буғӣ рӯйи зерқабати сафир гузошта шудааст. Қисман шаффоф будани сафир ба шуоъҳои инфрасурх имкон додааст ҳарорати сатҳи гармкунанда аз поён бо термографияи инфрасурх чен карда шавад.

Қувваи таҷрибавии Joule ва ҷараёни холиси гармие, ки ба моеъ мегузарад, як чиз нестанд. Азбаски зерқабати сафир миқдори муайяни энергияро захира мекунад, махсусан дар гузариши [ \tau=5\ \mathrm{ms} ] ҷараёни холиси гармие, ки ба моеъ мегузарад, хатти экспоненсиалии комилро пайгирӣ намекунад. Ҳамчун шарти сарҳадии ададӣ на қувваи идеализатсияшудаи барқ, балки ҷараёни холиси гармии вобаста ба вақт, ки аз таҷриба гирифта шудааст, истифода шудааст.

Ҷараёни экспоненсиалии гармӣ ва тағйирёбандаҳои вақт

Рафтори умумии ҷараёни гармии ба девор додашуда чунин аст:

\[ q''_w(t)\propto \exp\left(\frac{t}{\tau}\right) \]

. Дар ин ҷо [ \tau ] вақти хоси афзоиши қувва мебошад. Қимати хурди [ \tau ] маънои афзоиши зудтар ва қимати калонтар маънои афзоиши сусттарро дорад.

Барои муқоиса ҳарорати девор ва вақт ба шакли беченак оварда шудаанд:

\[ T_w^*=\frac{T_w-T_{\mathrm{sat}}}{\Delta T_{\mathrm{sub}}} \]

\[ t^*=\frac{t-t_{\mathrm{ONB}}}{\tau} \]

\[ t_{\mathrm{ONB}} ] лаҳзаест, ки дар таҷрибаҳо ҷӯшиши ҳастаӣ оғоз мешавад. Мутаносибан:

  • [ t^*<0 ] давраи якфазавии пеш аз ҷӯшишро,
  • [ t^*=0 ] оғози таҷрибавии ҷӯшишро,
  • [ t^*>0 ] давраи дуфазаро, ки берун аз доираи физикии моделсозӣ аст, нишон медиҳад.

Танзими ададӣ

Дар Шакли 2.1 ду минтақаи пайдарпайи ҳисоб дар самти ҷараён нишон дода шудаанд. Қисми аввал қуттии гардиши гидравликӣ мебошад, ки барои тавлиди турбулентии пурра инкишофёфта истифода мешавад. Баромади ин қуттӣ дар ҳар қадами вақт ба вуруди қисмати санҷиши гармшуда дода мешавад.

Дар қисмати санҷиш:

  • Ба девори поён ҷараёни гармии вобаста ба вақт ва дар фазо яксон дода мешавад.
  • Девори боло адиабатӣ аст.
  • Дар ҳар ду девор шарти бе лағзиш истифода мешавад.
  • Дар самти паҳнои канал шарти сарҳадии даврӣ истифода мешавад.
  • Баромад дар фишори кории 10 bar нигоҳ дошта мешавад.
  • Моеъи вуруд ҳарорати 353 K дорад.

Моделсозии пешакӣ то устувор шудани омори турбулентии дараҷаи аввал дар давоми 40–100 вақти шустан иҷро шудааст:

[ \tau_{\mathrm{wash}}=\frac{L_x}{U} \]

. Дар ин ҷо [ L_x ] дарозии ҳисобии майдон дар самти ҷараён ва [ U ] суръати миёнаи ҷараён аст.

Муодилаҳои бақои ҳалшуда

Ҷараён фишурданашаванда қабул шудааст. Муодилаи пайвастагӣ:

\[ \nabla\cdot\mathbf{u}=0 \]

Муодилаи импулс:

\[ \frac{\partial\mathbf{u}}{\partial t} +\nabla\cdot(\mathbf{u}\mathbf{u}) = -\frac{1}{\rho}\nabla P +\nabla\cdot\left[\nu(T)\nabla\mathbf{u}\right] -\nabla\cdot\boldsymbol{\tau}^{\mathrm{SGS}} \]

ва муодилаи ҳарорат:

\[ \frac{\partial T}{\partial t} +\mathbf{u}\cdot\nabla T = \frac{1}{\rho c_p} \nabla\cdot\left[k(T)\nabla T\right] + \nabla\cdot\left(\alpha_t\nabla T\right) \]

ба ҳамин шакл ҳал шудаанд.

\[ \nu(T) ] часпакии кинематикии вобаста ба ҳарорат, [ k(T) ] ноқилияти гармии вобаста ба ҳарорат, [ \boldsymbol{\tau}^{\mathrm{SGS}} ] таниши миқёсҳои хурди ҳалнашуда ва [ \alpha_t ] диффузияи гармии зершакаравиро нишон медиҳад.

Зичӣ [ \rho ] ва гармии хос [ c_p ] доимӣ қабул шудаанд. Зичӣ дар ҳарорати вуруд ва гармии хос дар ҳарорати сершавӣ арзёбӣ шудааст. Ин равиш модели пурраи фишурдашаванда бо ҳамаи хосиятҳои термофизикии вобаста ба ҳарорат нест.

Таъсири ҷозиба сарфи назар шудааст. Барои адади умумии Richardson, ки дар таҳқиқот ҳисоб шудааст:

[ Ri=\frac{(\Delta\rho/\rho)gL}{U^2} \]

азбаски [ Ri<0{,}01 ] аст, конвексияи маҷбурӣ аз қувваи бардоранда бартарӣ дорад.

Хосиятҳои оби вобаста ба ҳарорат

Хосиятҳои об аз китобхонаи термогидравликии CATHARE гирифта шудаанд. Шакли 2.2 тағйирёбии часпакӣ, ноқилияти гармӣ ва адади Prandtl-ро бо ҳарорат дар фишори 10 bar нишон медиҳад.

Часпакии динамикӣ

Часпакии динамикӣ бо баланд шудани ҳарорат тақрибан ба таври экспоненсиалӣ кам мешавад. Дар фосилаи ҳароратии моделсозишуда часпакӣ тақрибан се баробар коҳиш меёбад. Ин коҳиш диффузияи импулс ва танишҳои часпакро дар наздикии девор ба таври назаррас тағйир медиҳад.

Ноқилияти гармӣ

Ноқилияти гармӣ монотонӣ нест. Он дар ҳудуди тақрибан 10 фоиз тағйир ёфта, дар атрофи 416 K ба қимати баландтарин мерасад. Дар плёнкаи аз ҳад гармшудаи наздиктарин ба девор ноқилият тақрибан 5 фоиз кам мешавад. Азбаски гармӣ аз девор ба моеъ аввал бо ноқилият мегузарад, ҳатто ин коҳиши нисбатан хурд дар марҳилаи охирини гузариш аҳамият дорад.

Адади Prandtl

Адади молекулавии Prandtl чунин муайян карда шудааст:

\[ Pr=\frac{\mu c_p}{k} \]

. Вақте [ T>443\ \mathrm{K} ], [ Pr<1 ] мешавад. Ҳамин тавр, дар ядрои хунуки канал хурдтарин миқёси ҳароратӣ бо миқёси Batchelor ва дар наздикии девори гарм бо миқёси Kolmogorov алоқаманд аст.

Дар Шакли 3.4 буришҳои перпендикуляр ба девор–паҳнои канал барои ноқилияти гармӣ, часпакӣ ва адади Prandtl нишон дода шудаанд. Тағйироти часпакӣ то минтақаи [ y^+>200 ] мерасанд, дар ҳоле ки тағйироти муҳимтарини ноқилият дар минтақаи бориктари наздик ба девор мемонанд.

Моделсозии гирдоби бузург ва ҳалли ҳисобӣ

Ҳисобҳо бо нармафзори TRUST/TrioCFD ва захираҳои суперкомпютерии TGCC-и Фаронса анҷом дода шудаанд. Дар ҳолатҳои хурдтарин 10–40 миллион ва дар ҳолати калонтарин дар ду минтақаи ҳисобӣ тақрибан 650 миллион ҳуҷайра барои ҳар кадом истифода шудааст.

Усулҳои асосии ададӣ чунинанд:

ҶузъУсули истифодашуда
Дискретизатсияи фазоӣРавиши ҳаҷми ниҳоӣ–фарқ
Ҳалкунандаи фишорГрадиенти ҳамҷояи умумӣ
ПешшартгузорӣSSOR ва шабакаи бисёрсатҳаи алгебравӣ
Интиқоли импулсМарказии дараҷаи дуюм ё QUICK-и дараҷаи сеюм
Интиқоли скалярQUICK-и дараҷаи сеюм
Интегратсияи вақтRunge–Kutta-и рационалии дараҷаи дуюм

Фосилаи шабака дар наздикии девор тақрибан [ \Delta y_w^+=0{,}5 ], дар самти ҷараён [ \Delta x^+=8 ] ва дар самти паҳнои канал [ \Delta z^+=4 ] дода шудааст. Баландии физикии ҳуҷайраи перпендикуляр ба девор вобаста ба шароит тақрибан 0,9–2,13 µm мебошад.

Барои интиқоли импулси миқёсҳои хурд модели WALE ва [ C_w=0{,}5 ] истифода шудааст. Барои модели зершакаравии ҳароратӣ адади турбулентии Prandtl:

\[ Pr_t=\frac{\nu_t}{\alpha_t}=0{,}9 \]

интихоб шудааст.

Дар арзёбии сифати Замимаи B ҳиссаи часпакии зершакаравӣ дар таъсири умумӣ камтар аз 10 фоиз ва ҳиссаи ҷараёни гармии моделшуда дар интиқоли умумии гармӣ камтар аз 1,2 фоиз боқӣ мондааст. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки қисми зиёди механизмҳои наздик ба девор мустақим ҳал шудаанд. Бо вуҷуди ин, ҳисобҳо моделсозии мустақими ададӣ нестанд, балки LES мебошанд.

Санҷиши ҳарорати девор

Дар Шакли 3.1 ҳароратҳои беченаки девор барои [ \tau=5 ], 20 ва 100 ms бо таҷриба муқоиса шудаанд. Пеш аз оғози ҷӯшиш каҷҳои моделсозӣ ва таҷриба умуман ба ҳам наздиканд.

Дар давраи [ t^*<-1 ] фарқи калонтарин дар гузаришҳои зуд дида мешавад. Researchers инро ба он рабт медиҳанд, ки моделҳои стандартии гирдоби-часпакии LES тавозуни маҳаллиро байни тавлид ва фурӯравии турбулентӣ фарз мекунанд. Дар ҷараёнҳои хеле зуд ва ғайримувозинат ин фарзия метавонад заиф шавад.

Дар фосилаи [ -1<t^*<0 ] фарқ кам мешавад. Дар баъзе қадамҳои вақт дарҳол пеш аз оғози ҷӯшиш ҳароратҳои таҷрибавӣ ва ададӣ қариб ба ҳам меоянд.

Дар давраи якфазавӣ ҳароратҳои ҳисобшудаи девор асосан андаке аз қиматҳои таҷрибавӣ баландтаранд. Ин нишон медиҳад, ки моделсозӣ коэффициенти интиқоли гармиро каме паст ҳисоб мекунад. Фарқ аксаран аз 5 фоиз кам мемонад.

Вақте [ t^*>0 ], дар таҷриба ҳубобча пайдо мешавад, аммо модел якфазавӣ мемонад ва хатогӣ босуръат зиёд мешавад. Аз ин рӯ study барои баъд аз [ t^*=0 ] натиҷаи физикӣ истеҳсол намекунад.

Аз ҳад гармшавии ҳарорат дар оғози ҷӯшиш

Афзоиши босуръати ҷараёни гармӣ имкон медиҳад, ки пеш аз оғози ҷӯшиши ҳастаӣ ҳарорати девор бештар аз ҳарорати сершавӣ боло равад. Дар каҷҳои санҷишӣ барои гузариши квазистатсионарӣ тақрибан 20 K ва барои гузариши зуд тақрибан 65 K аз ҳад гармшавии девор гузориш шудааст.

Дар профилҳои миёнаи перпендикуляр ба девор дар минтақаи поёноб, ки аз ҷиҳати ҳароратӣ инкишофёфта аст, дар лаҳзаи [ t^*=0 ] тақрибан:

\[ T^*\approx0{,}75\quad(\tau=5\ \mathrm{ms}) \]

\[ T^*\approx0{,}30\quad(\tau=100\ \mathrm{ms}) \]

дида мешавад. Азбаски [ \Delta T_{\mathrm{sub}}=100\ \mathrm{K} ], инҳо мутаносибан тақрибан 75 K ва 30 K аз ҳад гармшавии маҳаллӣ/миёнаи зерминтақавиро ифода мекунанд. Ин қиматҳо бо миёнаҳои санҷиши тамоми сатҳ як миёнаи фазоӣ нестанд; бинобар ин онҳоро мустақим ба ҷои ҳам истифода бурдан мумкин нест.

Майдонҳои фаврии ҳарорат ва тасмаҳои турбулентӣ

Шакли 3.2 майдонҳои ҳарорат ва суръати маҳаллии тағйирёбии ҳароратро дар ҳамвории [ y^+=13 ] нишон медиҳад. Минтақаҳои гарм ба шакли тасмаҳои борики дар самти ҷараён дарозшуда мебошанд. Фосилаи онҳо дар самти паҳнои канал тақрибан 60–120 воҳиди часпакӣ аст. Ин фосила бо фосилаи хоси маъмули тасмаҳои турбулентии суръати паст дар наздикии девор мувофиқ аст.

Дар тақрибан аввалин [ 1000\delta_\nu ] масофа аз вуруд гармӣ асосан дар зерқабати часпак боқӣ мемонад. Поёнтар гармӣ ба қабати буферӣ мерасад, моеъи гарм аз девор берун тела дода мешавад ва бо гирдобҳои бузурги аз ядрои хунук омада омехта мешавад.

Дар майдони суръати тағйирёбии ҳарорат минтақаҳои ҳамсояи гармшавӣ ва хунукшавӣ дида мешаванд. Печондан ва дароз кардани интерфейси байни моеъи гарм ва хунук аз ҷониби гирдобҳои турбулентӣ градиентҳои ҳароратӣ ва интиқоли маҳаллии энергияро зиёд мекунад.

Тағйирёбии сохторҳои гирдобӣ

Дар Шакли 3.3 ядроҳои гирдоб бо меъёри [ \lambda_2 ] муайян шудаанд. Дар аввали гузариш сохторҳои зичи гирдобии андозаҳои гуногун, ки аз девор то ядрои канал мерасанд, дида мешаванд.

Дар лаҳзаи [ t^*=0 ] ҳам дар гармкунии зуд ва ҳам квазистатсионарӣ:

  • Баландии гирдобҳои пайваст ба девор кам мешавад,
  • Зичӣ ва дарозии гирдобҳо коҳиш меёбад,
  • Сохторҳо ба минтақаи бориктари наздик ба девор фишурда мешаванд.

Таҳқиқот инро бо паст шудани часпакӣ бо баланд шудани ҳарорат ва аз нав ташкил шудани энергияи кинетикии турбулентӣ дар наздикии девор алоқаманд мекунад.

Дар гузариши зуд, дар лаҳзаи [ t^*=0 ], тақрибан тамоми моеъ дарҳол болои сатҳи гармшуда аз ҳарорати сершавӣ боло меравад. Дар гузариши квазистатсионарӣ бошад, минтақаҳои аз ҳад гармшуда ба шакли тасмаҳои самти ҷараён дар тӯли хатҳои суръати паст ҳастанд ва байни онҳо моеъи сардтар ҷой дорад.

Ин тасвирҳо ду роҳи гуногуни оғози ҷӯшишро пешниҳод мекунанд:

  • Гузариши зуд: Оғози ҷӯшиши дар сатҳ паҳншуда ва аз ҷиҳати фазоӣ ҳамзамонтар.
  • Гузариши квазистатсионарӣ: Ҷӯшише, ки ба тасмаҳои турбулентӣ вобаста аст ва аввал дар поёноб ва дар тӯли тасмаҳо оғоз мешавад.

Афзоиши суръат дар наздикии девор

Суръати беченак:

\[ U^+=\frac{U_x}{u_\tau} \]

ва координатаи деворӣ:

\[ y^+=\frac{y}{\delta_\nu} \]

баррасӣ шудаанд. Дар зерқабати часпаки изотермии классикӣ робитаи тақрибии хаттии [ U^+=y^+ ] интизор меравад.

Мувофиқи Шакли 3.5, дар лаҳзаи [ t^*=0 ] нишебии профили суръати наздик ба девор нисбат ба ин қимати канонӣ тақрибан 30 фоиз зиёд мешавад. Дар ҳамин минтақа бузургии вортексияти беченаки паҳноӣ тақрибан ду баробар меафзояд. Таъсир дар гузариши [ \tau=5\ \mathrm{ms} ] равшантар аст.

Бо сабаби робитаи вортексият ва градиенти суръат, ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар наздикии девори гарм қабати қавитари shear ба вуҷуд меояд.

Қабати миёнарави монанд ба Couette

Дар фосилаи [ y^+=60\text{–}140 ] профили суръат қариб комилан хаттӣ мешавад. Коэффициенти муайянкунии гузоришшуда барои мувофиқати хаттӣ:

\[ R^2>0{,}99 \]

аст. Дар ҳамин фосила вортексияти паҳноӣ платои тақрибан доимӣ ташкил медиҳад.

Градиенти доимии суръат ва вортексияти қариб доимӣ қабати миёнараверо нишон медиҳанд, ки ба ҷараёни Couette бо shear-и доимӣ монанд аст. Ин қабат ҷараёни мустақили Couette байни ду плитаи классикӣ нест; балки монандии маҳаллие мебошад, ки дар минтақаи буферии канали турбулентӣ аз сабаби гармкунӣ ва тағйири часпакӣ ба вуҷуд меояд.

Таниши shear-и часпак

Таниши умумии часпак дар чаҳорчӯбаи LES чунин муайян шудааст:

\[ \tau_{ij} = \left[\mu(T)+\mu_t\right] \left( \frac{\partial u_i}{\partial x_j} + \frac{\partial u_j}{\partial x_i} \right) \]

.

Таниши асосии shear дар наздикии девор [ \tau_{xy} ] бо пешрафти гузариш аз сабаби паст шудани часпакӣ кам мешавад. Дар маркази канал аломати он тағйир ёфта, нуқтаи сифр дар хати марказӣ боқӣ мемонад.

Дар гузариши зуд, дар фосилаи [ y^+\approx60\text{–}140 ], профили [ \tau_{xy} ] платои равшан ташкил медиҳад. Ин плато дар ҳамон минтақае пайдо мешавад, ки қабати монанд ба Couette аз профилҳои суръат ва вортексият муайян шудааст. Дар девори муқобили гармнашуда чунин плато дида намешавад, ки нишон медиҳад ин таъсир бо тағйири хусусиятҳои ҳароратӣ вобаста аст, на бо як ларзиши умумии фаврии турбулентӣ.

Танишҳои нормалӣ: фишурдашавии перпендикуляр ба девор ва паҳншавии паҳлуӣ

Дар Шакли 3.7 ҷузъҳои таниши нормалии [ \tau_{yy} ] ва [ \tau_{zz} ] баррасӣ шудаанд. Бузургии онҳо тақрибан ду тартиби бузургӣ аз shear-и асосии [ \tau_{xy} ] хурдтар аст.

Бо пешрафти гузариш:

  • [ \tau_{yy} ] манфитар шуда, фишурдашавиро дар самти перпендикуляр ба девор нишон медиҳад,
  • [ \tau_{zz} ] мусбаттар шуда, паҳншавиро дар самти паҳнои канал нишон медиҳад.

Дар оғоз экстремуми [ \tau_{yy} ] тақрибан дар [ y^+=20 ] ва экстремуми [ \tau_{zz} ] тақрибан дар [ y^+=5 ] ҷойгир аст. Дар лаҳзаи [ t^*=0 ] ин ду мавқеи хос тақрибан ба [ y^+=10 ] ва [ y^+=9 ] наздик мешаванд.

Ин тартиби таниш нишон медиҳад, ки нуқтаҳои гарм дар тасмаҳои суръати паст дар самти перпендикуляр ба девор борик шуда, дар самти паҳнои канал дароз мешаванд. Researchers қайд мекунанд, ки ин метавонад гармиро дар минтақаи наздик ба девор нигоҳ дошта, дуршавии самараноки онро ба ядро маҳдуд кунад.

Профилҳои ҳарорат дар самти перпендикуляр ба девор

Ҳарорати моеъ чунин беченак карда шудааст:

\[ T^*=\frac{T-T_{\mathrm{sat}}}{\Delta T_{\mathrm{sub}}} \]

. Дар тӯли канал се зерминтақа — вуруд, миёна ва баромад — муқоиса шудаанд.

Дар ҳамаи вақтҳо афзоиши ҳарорат асосан дар ҳудуди [ y^+\lesssim100 ] боқӣ мемонад ва ядрои канал ба ҳарорати вуруд наздик мемонад. Аз ин рӯ, дар давраи кӯтоҳи гузариш на тамоми массаи моеъ, балки асосан қабати борики наздик ба девор гарм мешавад.

Дар гузариши зуд профилҳои вуруд, миёна ва баромад ба ҳам наздиктаранд. Дар гузариши квазистатсионарӣ рушди ҳарорат дар самти поёноб бештар намоён буда, минтақаи вуруди ҳароратӣ дарозтар аст.

Дар лаҳзаи [ t^*=0 ] гузариши зуд дар тӯли тамоми сатҳи гармшуда қабати наздик ба деворро аз ҳарорати сершавӣ болотар мебарад, дар ҳоле ки дар гузариши квазистатсионарӣ қисми минтақаи вуруд ҳанӯз зери ҳарорати сершавӣ мемонад.

Адади Stanton ва шиддати интиқоли гармӣ

Адади маҳаллии Stanton чунин муайян карда шудааст:

\[ St(x^*,t^*) = \frac{q''_w(t^*)} {\rho c_pU\left[T_w(x^*,t^*)-T_{\mathrm{in}}\right]} \]

.

Дар Шакли 3.9 адади Stanton дар вуруд ба қимати баландтарини худ мерасад ва дар самти поёноб коҳиш ёфта, ба плато наздик мешавад. Плато минтақаеро муайян мекунад, ки қабати сарҳадии ҳароратӣ дар самти ҷараён пурра инкишоф ёфтааст.

Гузариши квазистатсионарӣ

Дар ҳолати [ \tau=100\ \mathrm{ms} ] адади Stanton дар тамоми гузариш танҳо дар ҳудуди тақрибан 8 фоиз тағйир меёбад. Ин нишон медиҳад, ки коэффициенти маҳаллии интиқоли гармӣ ба афзоиши сарбории девор асосан мутобиқ мешавад ва ҷараён ба режими квазистатсионарии конвексия наздик мемонад.

Гузариши зуд

Дар ҳолати [ \tau=5\ \mathrm{ms} ] адади Stanton байни [ t^*=-2 ] ва [ t^*=-1 ] дар тамоми дарозии гармшуда тақрибан 30 фоиз афзуда, сипас то оғози ҷӯшиш наздики ҳамин сатҳи баланд боқӣ мемонад.

Ин афзоиш маънои заиф шудани интиқоли гармӣ дар гузариши зудро надорад. Баръакс, интиқоли умумӣ қавитар мешавад; аммо суръати афзоиши гармӣ аз суръате, ки майдони турбулентии суръат метавонад пурра аз нав мутобиқ шавад, баландтар аст, бинобар ин ноқилияти гузаро ва захирашавии маҳаллии энергия аҳамияти бештар пайдо мекунанд.

Дарозии вуруди ҳароратӣ

Самти ҷараён бо нимбаландии канал чунин беченак карда шудааст:

\[ x^*=\frac{x}{e} \]

.

Дар гузариши зуд платои Stanton тақрибан дар:

\[ x^*\approx2\pi \]

ба даст меояд. Дар гузариши квазистатсионарӣ ҳолати аз ҷиҳати ҳароратӣ пурра инкишофёфта танҳо тақрибан дар:

\[ x^*\approx5\pi \]

назди баромади қисмати санҷиш ба вуҷуд меояд.

Дарозии кӯтоҳтари вуруди ҳароратӣ дар гармкунии зуд ба он рабт дода мешавад, ки сатҳ ба сарбории ногаҳонӣ бо захирашавии маҳаллии энергия ва ноқилияти гузаро ҷавоб медиҳад. Дар гармкунии суст барои рушди конвексияи турбулентӣ дар самти ҷараён вақти бештар вуҷуд дорад ва сохтори ҳароратӣ дуртар паҳн мешавад.

Қонуни сигмоидии ду-параметраи ҳарорат

Дар минтақаи аз ҷиҳати ҳароратӣ пурра инкишофёфта профилҳои ҳарорат бо тағйирёбандаи зерин аз нав миқёсбандӣ шудаанд:

\[ \Theta=\frac{T-T_w}{T_{\mathrm{in}}-T_w} \]

. [ \Theta=0 ] ба ҳарорати девор ва [ \Theta=1 ] ба ҳарорати вуруд мувофиқ аст.

Нишон дода шудааст, ки профилҳо дар координатаи логарифмии девор ба робитаи сигмоидии ду-параметра мувофиқат мекунанд:

\[ \Theta(y^+) = \frac{(y^+)^k} {(y_0^+)^k+(y^+)^k} \]

Намоиши логистикии баробар:

\[ \Theta(y^+) = \frac{1} {1+\exp\left[-k\left(\ln y^+-\ln y_0^+\right)\right]} \]

мебошад.

\[ y_0^+ ] нуқтаи миёнаи гузариш аст, ки дар он [ \Theta=1/2 ], ва [ k ] тезии гузаришро дар координатаи логарифмӣ нишон медиҳад. [ k ]-и калонтар маънои қабати тезтар ва ба девор фишурдатар, [ k ]-и хурдтар маънои қабати ҳароратии паҳнтарро дорад.

Параметрҳои мувофиқати TS1

Гузариш[ t^* ][ y_0^+ ][ k ][ R^2 ]
5 ms−21,862,130,998
5 ms−11,972,050,998
5 ms01,681,850,998
100 ms−23,291,970,998
100 ms−14,431,651,000
100 ms03,171,501,000

Параметрҳои мувофиқати TS2

Гузариш[ t^* ][ y_0^+ ][ k ][ R^2 ]
5 ms−24,721,541,000
5 ms−14,871,471,000
5 ms04,811,381,000
100 ms−26,451,240,999
100 ms−16,611,270,998
100 ms06,291,280,999

Дар ҳамаи мувофиқатҳо [ R^2>0{,}99 ] ба даст омадааст. Гузаришҳои зуд умуман [ y_0^+ ]-и хурдтар ва [ k ]-и калонтар медиҳанд. Ин натиҷа ба таври миқдорӣ тасдиқ мекунад, ки гузариши ҳароратӣ дар гармкунии зуд ба девор наздиктар ва тезтар аст.

Аввал ба берун ва сипас дар наздикии оғози ҷӯшиш боз ба девор ҳаракат кардани [ y_0^+ ] бо фишурдашавии перпендикуляр ба девор, ки дар таҳлили танишҳои нормалӣ дида мешавад, мувофиқ аст.

Нишондиҳандаи маҳаллии Péclet

Бузургиҳои маҳаллии конвексия ва ноқилият чунин муқоиса шудаанд:

[ Pe= \frac{\left|\rho c_p\mathbf{u}\cdot\nabla T\right|} {\left|\nabla\cdot(k\nabla T)\right|} \]

. Барои табдил додани қиматҳои хеле калони [ Pe ] ба фосилаи маҳдуд:

\[ \xi=\frac{Pe}{1+Pe} \]

муайян карда шудааст.

  • [ \xi=0 ] танҳо ноқилият,
  • [ \xi=1/2 ] ноқилият ва конвексияи баробар,
  • [ \xi=1 ] бартарии комили конвексияро ифода мекунад.

Дар Шакли 3.11 минтақаҳои аз ҳад гармшуда дар лаҳзаи [ t^*=-1 ] асосан ба шакли тасмаҳои самти ҷараён бо бартарии ноқилият мебошанд. Дар лаҳзаи [ t^*=0 ] поёнтар аз минтақаи вуруди ҳароратӣ қисми зиёди моеъ аз ҳарорати сершавӣ боло меравад; минтақаҳои хурди ноқилиятбартар, омехта ва конвексиябартар дар дохили ҳамин плёнка якҷоя мавҷуданд.

Ин плёнкаи аз ҳад гармшуда метастабил аст. Таҳқиқот пешниҳод мекунад, ки ҳангоми пайдо шудани ангезиши муносиб ё минтақаи ҳастаӣ он метавонад дар сатҳи васеъ ба ташаккули ҳубобча моил бошад. Ҳастаии ҳубобча дар модели ҳисоб дохил нашудааст.

Минтақаҳои перпендикуляр ба девори муодилаи гармӣ

Терминҳои захирашавӣ, ноқилият ва конвексия бо таносуби ҷараёни фаврии гармии деворӣ ба нимбаландии канал миқёсбандӣ шудаанд:

\[ \frac{q''_w}{e} \]

. Мувофиқи Шакли 3.12 қабати сарҳадии ҳароратиро тақрибан ба се минтақа ҷудо кардан мумкин аст:

МинтақаФосилаи тақрибӣМеханизми бартаридошта
Зерқабати ҳароратӣ[ y^+\lesssim2 ]Ноқилияти молекулавӣ
Қабати буферӣ[ 2\lesssim y^+\lesssim25 ]Ноқилият ва конвексия қобили муқоисаанд
Минтақаи берунӣ[ y^+\gtrsim25 ]Конвексия бартарӣ дорад; аммо вайроншавии ҳароратии аз девор ба вуҷудомада заиф аст

Дар гузариши зуд экстремумҳои операторҳо дар мавқеъҳои хурдтари [ y^+ ] мебошанд. Ҳангоми наздик шудан ба оғози ҷӯшиш самаранокии интиқоли энергия ҳарчи бештар дар минтақаи наздик ба девор ҷамъ мешавад.

Ҷудокунии самтии ҷараёни гармӣ

Муодилаи гармӣ дар шакли ҷараён чунин навишта шудааст:

\[ \rho c_p\frac{\partial T}{\partial t} = \nabla\cdot\left(\mathbf{j}_q+\mathbf{j}_{\mathrm{adv}}\right) \]

. Ҷараёнҳои ноқилият ва конвексия чунинанд:

\[ \mathbf{j}_q=-k\nabla T \]

\[ \mathbf{j}_{\mathrm{adv}} =-\rho c_p\mathbf{u}(T-T_{\mathrm{in}}) \]

.

Дар Шакли 3.13, ҳангоми муқоисаи бузургиҳои мутлақи ҷараён, тартиби зер, ки чор тартиби бузургиро фаро мегирад, ба даст омадааст:

\[ |j_{\mathrm{adv}}^x| > |j_{\mathrm{adv}}^z| > |j_{\mathrm{adv}}^y| \approx |j_q^y| > |j_q^z| > |j_q^x| \]

Конвексия дар самти ҷараён

Ин бузургтарин ҷузъ аст, зеро суръати миёнаи ҷараён аз дигар ҷузъҳои суръат хеле калонтар мебошад. Он гармиро аз гармкунанда ба поёноб мебарад, аммо гармиро мустақим аз девор ба ядрои канал дур намекунад.

Конвексия дар самти паҳнои канал

Ин дуюмин ҷузъи калон аст. Он ба гирдобҳои қариб самти ҷараён имкон медиҳад, ки ҳароратро аз тасмаҳои суръати паст ба паҳлуҳо баранд ва майдони ҳароратро дар паҳнои канал якхелатар кунанд.

Конвексия ва ноқилият дар самти перпендикуляр ба девор

Ин ду ҷузъ бузургии монанд доранд. Дар гузариши квазистатсионарӣ конвексияи перпендикуляр ба девор нисбат ба ҷараёни гармии татбиқшуда қавитар аст. Азбаски майдони ҷараён барои мутобиқ шудан ба сарбории суст вақти кофӣ дорад, гармӣ аз девори гарм самараноктар дур карда мешавад.

Дар гузариши зуд рушди нисбии конвексияи перпендикуляр ба девор маҳдудтар мемонад ва ноқилияту захирашавии маҳаллии энергия нақши калонтар мегиранд. Ин ҳолат, сарфи назар аз ҳарорати аз ҳад баланди девор, ба боқӣ мондани қабати гарм дар наздикии девор мусоидат мекунад.

Ҷузъҳои ноқилият

Ноқилият дар самти паҳнои канал ва самти ҷараён хурдтарин ҷузъҳои ҷараён мебошанд. Ноқилият дар самти паҳно тақрибан дар [ y^+\approx7 ] ва ноқилият дар самти ҷараён тақрибан дар [ y^+\approx9 ] ба қимати баландтарин мерасад.

Муқоисаи гармкунии зуд ва квазистатсионарӣ

ХусусиятГузариши зуд: 5 msГузариши квазистатсионарӣ: 100 ms
Адади StantonАфзоиши тақрибан 30 фоизТағйир дар ҳудуди тақрибан 8 фоиз
Дарозии вуруди ҳароратӣТақрибан [ 2\pi e ]Тақрибан [ 5\pi e ]
Профили ҳароратӣТезтар ва ба девор фишурдатарПаҳнтар ва ба сӯи ядро дарозшуда
Конвексияи перпендикуляр ба деворНисбат ба ҷараёни гармии татбиқшуда сусттар инкишофёфтаНисбатан қавитар
Захирашавии энергия ва ноқилияти гузароМуҳимтарКамтар бартаридошта
Моеъи аз ҳад гармшудаПлёнкаи тақрибан якхела дар паҳнои каналТасмаҳои турбулентии самти ҷараён
Тартиби интизоршавандаи оғози ҷӯшишДар сатҳи гармшуда паҳнтарАввал дар поёноб ва дар тӯли тасмаҳо
Қабати монанд ба CouetteРавшантарЗаифтар

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

  • Модели ададӣ мустақим бо таърихи таҷрибавии ҷараёни гармии девор кор карда шудааст.
  • Ҳароратҳои девор бо ченкуниҳои таҷрибавӣ муқоиса шудаанд.
  • Бо ба ҳисоб гирифтани часпакӣ ва ноқилияти гармии вобаста ба ҳарорат робитаи дуҷонибаи термогидродинамикӣ сохта шудааст.
  • На танҳо қиматҳои миёнаи ҷараён, балки майдонҳои фаврии сеандозаи ҳарорат ва гирдобҳо омӯхта шудаанд.
  • Шумораи хеле зиёди ҳуҷайраҳо ва шабакаи нозуки наздик ба девор истифода шудаанд.
  • Саҳми модели зершакаравӣ ба таври миқдорӣ арзёбӣ шудааст.
  • Суръат, вортексият, таниши shear, танишҳои нормалӣ, адади Stanton ва ҷараёнҳои самтии гармӣ ба таври мукаммал ва якдигарро пуркунанда таҳлил шудаанд.
  • Барои профилҳои ҳарорат робитаи сигмоидии ду-параметра бо мувофиқати баланд пешниҳод шудааст.
  • Нишон дода шудааст, ки гузаришҳои зуд ва квазистатсионарӣ ба оғози ҷӯшиш аз роҳҳои гуногуни якфазавӣ мерасанд.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

  • Таҳқиқот preprint мебошад ва аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст.
  • Моделсозӣ якфазавӣ аст ва давраи пас аз пайдо шудани ҳубобчаи аввалро фаро намегирад.
  • Ҳастаии ҳубобча, афзоиши ҳубобча, ковокиҳои сатҳӣ ва динамикаи интерфейси дуфаза модел нашудаанд.
  • Зичӣ ва гармии хос доимӣ нигоҳ дошта шудаанд; танҳо часпакӣ ва ноқилияти гармӣ ба ҳарорат вобастаанд.
  • Ҷараён фишурданашаванда қабул шудааст.
  • Ҷозиба бо асоснокии адади умумии пасти Richardson сарфи назар шудааст.
  • Модели LES метавонад тавозуни маҳаллии байни тавлид ва фурӯравии турбулентиро дар гузаришҳои зуд ва ғайримувозинат пурра ифода накунад.
  • Шарти сарҳадии таҷрибавии ҷараёни гармӣ миёнаи фазоӣ мебошад; талафоти маҳаллӣ дар канорҳои гармкунанда ба модел дохил нашудаанд.
  • Натиҷаҳо бо ду геометрияи канал, ададҳои мушаххаси Reynolds, фишори 10 bar ва 100 K зерсардкунии вуруд маҳдуданд.
  • Таҳқиқот асосан ҳолатҳои канории 5 ва 100 ms-ро муқоиса мекунад; таҳлили муфассали механизми ҳолати миёнаи 20 ms маҳдудтар аст.
  • Миёнагирии вақтӣ ва ҷудокунии Reynolds истифода нашуда, диққат ба миёнаҳои фазоии майдонҳои фаврӣ равона шудааст.
  • Майдонҳои хоми сеандозаи LES аз сабаби ҳаҷми зиёди додаҳо ба анбори кушода бор нашудаанд.
  • Умумиятпазирии робитаи сигмоидӣ барои моеъҳо, фишорҳо ва диапазони васеътари Reynolds нишон дода нашудааст.

Таҳқиқот чиро нишон медиҳад?

  • Гармкунии босуръати девор пеш аз оғози ҷӯшиш майдони суръатро дар наздикии девор тағйир медиҳад.
  • Коҳиши часпакии вобаста ба ҳарорат бо афзоиши суръат ва вортексияти қавитари паҳноӣ алоқаманд аст.
  • Дар қабати буферӣ минтақаи shear-и доимии монанд ба Couette метавонад ба вуҷуд ояд.
  • Сохторҳои гармшуда дар самти перпендикуляр ба девор фишурда ва дар самти паҳнои канал паҳн мешаванд.
  • Дар гузариши зуд адади Stanton тақрибан 30 фоиз меафзояд.
  • Дарозии вуруди ҳароратии гузариши зуд аз гузариши квазистатсионарӣ кӯтоҳтар аст.
  • Профилҳои ҳарорат дар минтақаи аз ҷиҳати ҳароратӣ пурра инкишофёфта бо қонуни сигмоидии ду-параметра бо дақиқии хеле баланд ифода мешаванд.
  • Гузаришҳои зуд ва квазистатсионарӣ намунаҳои фазоии гуногуни аз ҳад гармшавиро ба вуҷуд меоранд.

Таҳқиқот чиро нишон намедиҳад?

  • Нишон намедиҳад, ки ҳубобча дақиқан дар кадом нуқсони сатҳ ва бо кадом механизми микроскопӣ ҳастаӣ мешавад.
  • Тағйирёбии коэффициенти интиқоли гармиро пас аз оғози ҷӯшиши ҳастаӣ ҳисоб намекунад.
  • Ҷараёни критикии гармӣ ё гузариш ба ҷӯшиши плёнкавиро пешгӯӣ намекунад.
  • Исбот намекунад, ки қонуни сигмоидии ҳарорат қонуни универсалии турбулентӣ аст.
  • Нишон намедиҳад, ки ҳамаи геометрияҳои реактори ҳастаӣ ҳамон афзоиши 30 фоизи Stanton-ро медиҳанд.
  • Бо моделсозии назоратии мустақил комилан ҷудо намекунад, ки танҳо тағйирёбии часпакӣ сабаби ҳамаи тағйироти турбулентӣ аст.
  • Мустақим модел намекунад, ки дар гузариши зуд ҷӯшиш ҳатман дар тамоми сатҳ ҳамзамон оғоз мешавад; танҳо майдони ҳароратии якфазавӣ чунин ҳолати ибтидоиро нишон медиҳад.

Аҳамияти илмӣ ва технологӣ

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки барои идоракунии бехатари сарбориҳои гармии зуд танҳо ҳарорати миёнаи девор кофӣ нест. Ду гузарише, ки ба ҳарорати якхелаи девор наздик мешаванд, метавонанд аз ҷиҳати турбулентии наздик ба девор ва сохтори фазоии моеъи аз ҳад гармшуда фарқ кунанд.

Аз нуқтаи назари бехатарии реактори ҳастаӣ, натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки дар моделҳои пешгӯии оғози ҷӯшиш ҳангоми афзоиши реактивият, миқёси вақти гармкунӣ, хусусиятҳои тағйирёбандаи моеъ ва дарозии вуруди ҳароратӣ бояд алоҳида ба назар гирифта шаванд.

Дар хунуккунии электроника ва муҳаррикҳои мушакӣ, тағйироти босуръати қувва метавонанд ба ҳамин монанд дар наздикии девор ба захирашавии ҳароратӣ ва аз нав ташкилшавии бо таъхири ҷараён оварда расонанд. Бо вуҷуди ин, study геометрияҳои мушаххаси ин системаҳо мустақим модел накардааст; робита дар сатҳи методологӣ мебошад.

Таҳқиқоти оянда бояд натиҷаҳои LES-и якфазаро бо моделҳои ҳастаии ҳубобча, микрогеометрияи сатҳ ва усулҳои пайгирии интерфейс якҷоя кунанд; то ин ки чӣ гуна плёнкаи аз ҳад гармшудаи ҳисобшуда ба оғози воқеии ҷӯшиш мегузарад, омӯхта шавад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии усул

СарлавҳаУсул ё қимати истифодашуда
МоеъОби деионизатсияшуда дар фишори 10 bar
Ҳарорати вуруд353 K
Ҳарорати сершавӣ453 K
Зерсардкунии вуруд100 K
Вақтҳои гармкунӣ5, 20 ва 100 ms
Муқоисаи асосӣГузаришҳои 5 ms зуд ва 100 ms квазистатсионарӣ
Усули ададӣМоделсозии гирдоби бузург бо ҳалли баланд
НармафзорTRUST/TrioCFD
Модели зершакаравии импулсWALE, [ C_w=0{,}5 ]
Модели зершакаравии ҳароратӣРавиши дарозии омехташавӣ бо [ Pr_t=0{,}9 ]
Хосиятҳои тағйирёбанда[ \mu(T) ] ва [ k(T) ]
Хосиятҳои доимӣ[ \rho ] ва [ c_p ]
ҶозибаБо асоснокии [ Ri<0{,}01 ] сарфи назар шудааст
Бузургтарин ҳисобДар ду қисм тақрибан 650 миллион ҳуҷайра барои ҳар кадом
Ҳалли перпендикуляр ба девор[ \Delta y_w^+\approx0{,}5 ]
Давраи баррасишуда[ t^*=-2,-1,0 ] ва танҳо марҳилаи якфазавии пеш аз ҷӯшиш

Натиҷаҳои асосии миқдорӣ

НатиҷаНатиҷаи миқдорӣТафсир
Фарқи ҳарорати девор байни таҷриба ва моделсозӣДар давраи якфазавӣ асосан камтар аз 5 фоизСанҷиши пеш аз ONB қаноатбахш ҳисоб шудааст
Нишебии суръати наздик ба деворАфзоиши тақрибан 30 фоизСуръатгирӣ бо паст шудани часпакӣ
Вортексияти паҳноӣАфзоиши тақрибан ду баробарShear-и қавитар дар наздикии девор
Қабати монанд ба Couette[ y^+\approx60\text{–}140 ], [ R^2>0{,}99 ]Градиенти тақрибан доимии суръат
Минтақаи фаъоли ҳароратӣАсосан [ y^+\lesssim100 ]Ядрои канал кам гарм мешавад
Афзоиши Stanton дар гузариши зудТақрибан 30 фоизИнтиқоли гармии гузаро қавитар мешавад
Тағйирёбии Stanton дар квазистатсионарӣДар ҳудуди тақрибан 8 фоизИнтиқоли гармӣ қариб квазистатсионарӣ мемонад
Дарозии вуруди ҳароратии гузариши зуд[ x^*\approx2\pi ]Плато барвақттар ба вуҷуд меояд
Дарозии вуруди ҳароратии квазистатсионарӣ[ x^*\approx5\pi ]Плато наздики баромад ба вуҷуд меояд
Мувофиқати профили сигмоидӣ[ R^2>0{,}99 ]Ду параметр профили ҳароратро ифода мекунанд
Саҳми зершакаравии динамикӣКамтар аз 10 фоизҚисми зиёди ҷараён ҳал шудааст
Саҳми зершакаравии ҳароратӣКамтар аз 1,2 фоизМайдони ҳароратӣ ба дараҷаи баланд ҳал шудааст

Хулосаи натиҷаҳои шаклҳо ва ҷадвалҳо

Шакл ё ҷадвалМазмуни нишон додашудаХулосаи асосӣ
Шакли 2.1Қуттии гардиш ва танзими канали гармшудаТурбулентии пурра инкишофёфта ба қисмати санҷиш интиқол меёбад
Шакли 2.2Часпакӣ, ноқилият ва адади PrandtlЧаспакии тақрибан се баробар коҳиш меёбад
Шакли 3.1Ҳарорати таҷрибавӣ ва ададии деворПеш аз ҷӯшиш мувофиқати қаноатбахш вуҷуд дорад
Шакли 3.2Майдонҳои ҳарорат ва [ \partial T/\partial t ]Тасмаҳои ҳароратӣ ва интерфейсҳои маҳаллии гарм–сард дида мешаванд
Шакли 3.3Гирдобҳои [ \lambda_2 ] ва қабати аз ҳад гармшудаГузариши зуд сохтори якхелатар ва гузариши суст сохтори тасмавӣ медиҳад
Шакли 3.4Буришҳои [ k ], [ \mu ] ва [ Pr ]Майдонҳои хусусиятҳои ҳароратӣ ва динамикӣ ба умқҳои гуногун паҳн мешаванд
Шакли 3.5Профилҳои суръат ва вортексиятСуръатгирии наздик ба девор ва қабати монанд ба Couette вуҷуд дорад
Шакли 3.6Таниши shear-и часпакДар тарафи гармшуда платои shear-и доимӣ пайдо мешавад
Шакли 3.7Танишҳои нормалӣФишурдашавии перпендикуляр ба девор ва паҳншавии паҳлуӣ дида мешаванд
Шакли 3.8Профилҳои ҳарорат дар самти перпендикуляр ба деворГармӣ дар [ y^+\lesssim100 ] ҷамъ мешавад
Шакли 3.9Рушди Stanton дар самти ҷараёнДар гузариши зуд дарозии вуруди ҳароратӣ кӯтоҳтар аст
Шакли 3.10 ва Ҷадвали 3.1Профили сигмоидии ҳароратДу параметр ба ҳамаи профилҳо бо [ R^2>0{,}99 ] мувофиқ мешаванд
Шакли 3.11Нишондиҳандаи маҳаллии ноқилият–конвексияДар плёнкаи пеш аз ҷӯшиш механизмҳои гуногун ҳамзамон мавҷуданд
Шакли 3.12Операторҳои захирашавӣ, ноқилият ва конвексияЗерқабати ҳароратӣ, қабати буферӣ ва минтақаи берунӣ ҷудо мешаванд
Шакли 3.13Ҷараёнҳои самтии энталпияКонвексияи самти ҷараён бузургтарин ҷузъ аст
Шакли A.1 ва Ҷадвалҳои A.1–A.2Тафсилоти шабака, майдон ва ҳалкунандаҲалли наздик ба девор ва арзиши HPC ҳуҷҷатгузорӣ шудааст
Шакли B.1Таносубҳои моделсозии зершакаравӣСаҳмҳои модели динамикӣ ва ҳароратӣ паст мондаанд

Коркарди додаҳо ва арзёбии оморӣ

Таҳқиқот миёнагирии вақтӣ истифода намекунад. Майдонҳои фаврӣ дар самти паҳнои канал ва дар минтақаҳои поёноб, ки аз ҷиҳати ҳароратӣ пурра инкишофёфтаанд, ба таври фазоӣ миёнагирӣ шудаанд.

Дар санҷиши таҷрибавӣ фарқи нисбии ҳарорати девор истифода шудааст. Барои профилҳои сигмоидии ҳарорат коэффициенти муайянкунандаи [ R^2 ] ҳисоб шудааст. Санҷиши гипотеза, қимати p, фосилаи эътимод ё паҳншавии эҳтимолии номуайянӣ истифода нашудааст.

Таҳқиқот қайд мекунад, ки азбаски ҳаракатҳои калонтарини турбулентӣ дар гузаришҳои суст аз қисмати санҷиш мегузаранд, дар фарқи санҷишӣ ларзишҳо ба вуҷуд омада метавонанд. Ин ларзишҳо бо модели ҷудогонаи спектралӣ ё оморӣ ба таври миқдорӣ ҷудо карда нашудаанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:Exponential Wall Heat-Flux Transients in Turbulent Channel Flow

Муаллифон ва тартиби онҳо: Elie Roumet; Raksmy Nop; Nicolas Dorville; Christophe Bourcier; Elie Saikali; Marie-Christine Duluc.

Мутобиқати муаллиф–муассиса:

  • Elie Roumet: Université Paris-Saclay, CEA, Service de Thermo-hydraulique et de Mécanique des Fluides; инчунин Conservatoire National des Arts et Métiers.
  • Raksmy Nop: Université Paris-Saclay, CEA, Service de Thermo-hydraulique et de Mécanique des Fluides.
  • Nicolas Dorville: Université Paris-Saclay, CEA, Service de Thermo-hydraulique et de Mécanique des Fluides.
  • Christophe Bourcier: Université Paris-Saclay, CEA, Service de Génie Logiciel pour la Simulation.
  • Elie Saikali: Université Paris-Saclay, CEA, Service de Génie Logiciel pour la Simulation.
  • Marie-Christine Duluc: Conservatoire National des Arts et Métiers.

Суроғаҳои муассисаҳо:

  • Université Paris-Saclay, CEA, 91191 Gif-sur-Yvette, Фаронса.
  • Conservatoire National des Arts et Métiers, 75003 Paris, Фаронса.

Муаллифи масъул: Elie Roumet.

Суроғаи тамос: elie.roumet@cea.fr

Муаллифи ҳамбаробар: Изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифии аввал вуҷуд надорад.

DOI:10.2139/ssrn.6947712

Сабти расмӣ:Саҳифаи таҳқиқот дар SSRN

Платформаи нашр: SSRN.

Санаи нашр дар SSRN: 15 июни 2026.

Соли нашр: 2026.

Шумораи саҳифаҳо: 34.

Навъи манбаъ: Preprint-и тадқиқотӣ дар соҳаҳои термогидравлика, динамикаи ҳисоббарории моеъҳо ва интиқоли турбулентии гармӣ.

Маҷалла: Номи маҷаллаи баррасишуда, ҷилд ё шумора вуҷуд надорад.

Ношири аслӣ: Ношири мустақили академии баррасишуда тасдиқ нашудааст.

Вазъи баррасӣ: Таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст. Дар ҳар саҳифаи PDF огоҳии “This preprint research paper has not been peer reviewed” мавҷуд аст.

Саҳми муаллифон: Elie Roumet — консептуализатсия, усул, санҷиш, таҳлили расмӣ, таҳқиқот, визуализатсия ва навиштани нусхаи аввал; Raksmy Nop — консептуализатсия, захираҳо, дарёфти маблағ, идоракунии лоиҳа ва бозбинӣ; Nicolas Dorville — консептуализатсия, идоракунии лоиҳа ва бозбинӣ; Christophe Bourcier ва Elie Saikali — нармафзор, танзими додаҳо ва бозбинӣ; Marie-Christine Duluc — консептуализатсия, машварат ва бозбинӣ.

Маблағгузорӣ ва захираи ҳисоббарорӣ: Таҳқиқот захираҳои ҳисоббарории баландмаҳсули TGCC-ро дар доираи тақсимоти A0152A13031 ва A0172A13031, ки GENCI пешниҳод кардааст, истифода бурдааст.

Бархоӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиатҳои молиявӣ ё муносибатҳои шахсии маълум, ки метавонанд ба таҳқиқот таъсир расонанд, вуҷуд надоранд.

Дастрасӣ ба додаҳо: Майдонҳои хоми сеандозаи LES аз сабаби ҳаҷми зиёди додаҳо ба анбори кушода бор нашудаанд. Гуфта шудааст, ки додаҳои коркардшудае, ки шаклҳо ва натиҷаҳои асосии миқдориро дастгирӣ мекунанд, бо дархости оқилона аз муаллифи масъул дастрас шуда метавонанд.

Изҳороти истифодаи зеҳни сунъӣ: Муаллифон гузориш додаанд, ки барои беҳтар кардани хонданбобии мақола OpenAI ChatGPT-ро истифода бурда, сипас матнро бозбинӣ ва таҳрир кардаанд ва барои мундариҷа масъулияти пурра доранд.

Ин мақолаи туркӣ бо баррасии пурраи таҳқиқоти боршуда, аз ҷумла формулаҳо, шартҳои сарҳадӣ, усулҳои ададӣ, графикҳо ва тасвирҳои майдон, қиматҳои ҷадвал, замимаҳо ва изҳороти муаллифон омода шудааст. Шарҳҳои илмӣ танҳо бо усул, додаҳо ва тафсирҳои пешниҳодшуда дар таҳқиқот маҳдуд шудаанд; ягон натиҷаи илмии иловагӣ аз манбаъҳои беруна ворид нашудааст.

Маҳдудияти асосии методологии таҳқиқот он аст, ки танҳо давраи якфазавии пеш аз оғози ҷӯшиши ҳастаӣ модел шудааст. Аз ин рӯ натиҷаҳоро барои ҳастаии ҳубобча, интиқоли гармии дуфаза, ҷараёни критикии гармӣ ё ҷӯшиши плёнкавӣ ҳамчун пешгӯии мустақим истифода бурдан мумкин нест. Илова бар ин, таҳқиқот ҳанӯз аз арзёбии мустақили ҳамтоён нагузаштааст.


Мубодила:

Шарҳҳо пас аз баррасӣ нашр мешаванд.Шарҳи шумо ба раванди тасдиқ фиристода шуда, пас аз пазируфта шудан намоён мегардад.

Шарҳ гузоред

Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд

Иҷозат додан ба кукиҳо таҷрибаи шуморо дар ин сомона беҳтар мекунад. Сиёсати кукиҳо