Ученые ЮУрГУ: круглые трубы отводят на 30% больше тепла
Исследователи ЮУрГУ с коллегами из Москвы и Багдада рассчитали на Python движение жидкости в магнитном поле и определили параметры, при которых охлаждение оборудования наиболее эффективно.
Ученые Южно-Уральского государственного университета установили, что трубы круглого сечения способны отводить на 20–30% больше тепла по сравнению с прямоугольными каналами. К таким выводам специалисты пришли по итогам анализа движения жидкости в условиях воздействия магнитного поля.
Отвод тепла от высоконагруженного оборудования представляет собой сложную инженерную задачу. Ситуация усложняется, когда на перемещение жидкости влияют не только давление и температура, но и магнитное поле.
Воздействие мощного магнита может приводить к замедлению потока. Температура жидкости при этом способна как расти, так и падать — конкретный результат определяется условиями.
Для изучения указанных процессов исследователи ЮУрГУ Евгений Соломин, Константин Осинцев и Никита Пшениснов совместно с коллегами из Москвы и Багдада разработали программу на языке Python.
В рамках работы сопоставлялись две конфигурации движения жидкости: круглая труба и прямоугольный канал.
Результаты вычислений продемонстрировали, что магнитное торможение в прямоугольном канале проявляется интенсивнее. Вблизи стенок формируются особые слои, оказывающие влияние на скорость потока. В круглой трубе изменение скорости носит более плавный характер.
Однако по эффективности отвода тепла круглая форма показала преимущество. При идентичных условиях теплоотдача у нее оказалась выше на 20–30%.
Помимо этого, авторы работы определили диапазоны параметров, обеспечивающие максимально эффективное охлаждение.
Для прямоугольного канала оптимальные значения числа Гартмана находятся в пределах 8–12, числа Бринкмана — от 0,05 до 0,3. Для круглой трубы соответствующие показатели составили 10–15 и от 0,1 до 0,4.
Эти величины характеризуют степень влияния магнитного поля на поток и внутреннее тепловыделение жидкости.
Согласно расчетной модели, при числе Бринкмана выше 0,5 значительно возрастает вероятность перегрева. Превышение показателем отметки 2 может привести к повреждению стенок конструкции.
Результаты исследования могут найти применение при создании охлаждающих каналов для суперкомпьютеров, мощной электроники, термоядерных реакторов и металлургического оборудования.