Теоретичні дослідження конвективного тепломасообміну в сферичній області пористих теплоізоляційних матеріалів для рухомого складу залізниць.
No Thumbnail Available
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
СНУ ім. В. Даля
Abstract
У статті розглядається завдання аналітичного опису процесів конвективного тепломасообміну газового середовища у сферичній області при горизонтальному розташуванні джерела та стоку теплоти. Автором запропоновано модель, засновану на допущенні руху газу концентричними колами, центри яких збігаються з горизонтальною віссю сфери, виконаної з теплоізоляційного матеріалу. На основі рівнянь руху в циліндричних координатах та проекції сили Архімеда отримані вирази для масових сил, що діють на елементарний об'єм середовища, а також встановлена залежність між щільністю газу та температурою при лінійній апроксимації. У роботі докладно розглянуто рішення диференціального рівняння руху газового середовища методом Бернуллі, що дозволило вивести аналітичну залежність швидкості потоку в сферичній порожнині. Встановлено, що швидкість визначається температурним натиском між стінкою та середньоінтегральною температурою газу, коефіцієнтом об'ємного розширення та радіусом сфери. Отримані вирази дозволяють описати розподіл швидкості радіусом і кутом відхилення від центральної осі. Особливу увагу приділено визначення коефіцієнта тепловіддачі, що характеризує інтенсивність перенесення теплоти від стінки сфери до газового середовища. На основі закону Ньютона-Ріхмана та рівняння теплопровідності проведено інтегрування, що дозволило отримати розподіл температури по меридіанам сфери та по колам, що відтинають внутрішні площини. Розглянуто граничні умови для температурних полів, що забезпечило виведення аналітичних залежностей для локальної та середньоінтегральної температури газу. У статті також наведено вирази для локального теплового потоку, питомої потужності внутрішніх джерел теплоти та сумарного теплового потоку через матеріал сфери. Показано, що за умови рівності товщини матеріалу діаметру сфери та обліку площі її найбільшого перерізу можна визначити наведену теплопровідність пористого матеріалу. Результати дослідження мають практичне значення для задач теплотехніки та енергетики, пов'язаних з аналізом процесів теплообміну у замкнутих газових системах, а також для проектування теплоізоляційних матеріалів та конструкцій сферичної форми. Отримані аналітичні залежності дозволяють прогнозувати розподіл швидкості та температури газового середовища, оцінювати ефективність теплообміну та розробляти методи інтенсифікації теплопередачі. Таким чином, робота є комплексним дослідженням, в якому об'єднані методи гідродинаміки та теплопередачі для опису конвективного тепломасообміну в сферичній області. Виведені формули та залежності можуть бути використані як у теоретичних дослідженнях, так і в інженерній практиці при моделюванні процесів теплообміну в газових середовищах.
Description
Keywords
теплоізоляція, конвекція, тепломасообмін, сферична область, газове середовище, тепловіддача, швидкість, теплопровідність, прикордонний шар
Citation
Кузьменко С. В., Ніконець А. О., Мілов С. О. Теоретичні дослідження конвективного тепломасообміну в сферичній області пористих теплоізоляційних матеріалів для рухомого складу залізниць. Наукові вісті Далівського університету. 2025. №29.