GENERATION OF THERMOGRAVITATIONAL CONVECTION AND CONVECTIVE DIFFUSION IN A RADIATION-HEATED REGION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We present the results of the numerical investigation of the generation of thermogravitational convection and convective diffusion as a result of the radiation flux action on the internal boundaries of the walls of a closed rectangular region filled with the air. The conditions of the development and the characteristics of hydrodynamic and thermophysical processes occurring as a result of the heating of surface layers of the walls during the radiation heating are established. The relationship between the radiation heating strength and the convective heat and mass transfer is derived. The time-dependent fields of the temperature and the concentrations of anthropogenic gas admixture illustrate a considerably greater intensity of the heat transfer generated by the radiation heat flux compared with the conductive heat transfer and the convective diffusion compared with molecular diffusion.

About the authors

B. V. Borisov

National Research Tomsk Polytechnic University

Tomsk, Russia

G. V. Kuznetsov

National Research Tomsk Polytechnic University

Tomsk, Russia

V. I. Maksimov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: elf@tpu.ru
Tomsk, Russia

T. A. Nagornova

National Research Tomsk Polytechnic University

Tomsk, Russia

F. Yu. Salikhov

National Research Tomsk Polytechnic University

Tomsk, Russia

References

  1. Mikhailenko S.A., Sheremet M.A., Pop I. Natural convection combined with surface radiation in a rotating cavity with an element of variable volumetric heat generation // Energy. 2020. V. 210. 118543. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118543
  2. Ермолаев И.А. Естественная термогравитационная конвекция в подогреваемой снизу частично перегороженной квадратной области // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. № 4. С. 571–575.
  3. Lappa M., Inam S. Thermogravitational and hybrid convection in an obstructed compact cavity // International Journal of Thermal Sciences. 2020. V. 156. 106478. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2020.106478
  4. Валуева Е.П. Ламинарная смешанная конвекция в вертикальном плоском канале с постоянной температурой стенок // Теплофизика и аэромеханика. 2023. Т. 30. № 3. С. 471–485.
  5. Левченя А.М., Смирнов Е.М., Трунова С.Н. Влияние периодической макрошероховатости на развитие турбулентной свободной конвекции у внезапно нагреваемой вертикальной пластины // Письма в Журнал технической физики. 2022. Т. 48. № 3. С. 47–50.
  6. Исаев С.А. Генезис аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках на структурированных поверхностях // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 5. С. 13–24.
  7. Kim S.J., Pandey S., Ha M.Y. Prediction of the indoor airflow temperature distribution with a heat source using a multilayer perceptron // Journal of Mechanical Science and Technology. 2023. V. 37. Is. 2. https://link.springer.com/article/10.1007/s12206-023-0140-3
  8. Сукомел Л.А., Кабаньков О.Н., Анкудинов В.Б. Численное моделирование трения и теплообмена при вязкостно-гравитационном течении жидкости в контурном термосифоне // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93. № 5. С. 1319–1329.
  9. Бердников В.С., Кислицын С.А. Численные исследования нестационарного сопряженного конвективного теплообмена в вертикальных слоях жидкости и газа, разделенных тонкой металлической перегородкой // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28. № 1. С. 107–119.
  10. Pandey S., Park Y.G., Ha M.Y. An exhaustive review of studies on natural convection in enclosures with and without internal bodies of various shapes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 138. P. 762–795. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.04.097
  11. Моисеев В.И., Ксенофонтова В.А., Комарова Т.А. Математические модели и численные методы теплои массопереноса при естественной конвекции горячих жидких нефтепродуктов в котле вагона-цистерны // Интеллектуальные технологии на транспорте. 2022. № 1 (29). С. 5–15.
  12. Степанов Р.А., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Титов В.В. Влияние топологии нагретой поверхности на эффективность теплообмена между стенкой и жидким теплоносителем // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. 2020. № 2. С. 17–22.
  13. Бородкин С.В., Батаронов И.Л., Иванов А.В., Ряжских В.И. Модель тепломассопереноса в криогенных газификаторах закрытого типа // Журнал Сибирского федерального университета. Сер. Техника и технологии. 2021. Т. 14. № 6. С. 714–730.
  14. Пивоваров Д.Е. Об ориентации конвективных валов в наклонном прямоугольном канале // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2019. № 2. С. 31–37.
  15. Umavathi J.C. Free convective flow in a vertical rectangular duct filled with porous matrix for viscosity and conductivity variable properties // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. V. 81. 2015. P. 383–403. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.10.054
  16. Максимов В.И., Нагорнова Т.А., Куриленко Н.И., Волошко И.В. Анализ преимуществ систем обеспечения теплового режима локальных рабочих зон на основе газовых инфракрасных излучателей по сравнению с традиционными конвекторными системами отопления // Изв. Томского политехнического ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 9. С. 128–141. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/9/3363
  17. Kuznetsov G.V., Maksimov V.I., Nagornova T.A., Voloshko I.V., Gutareva N.Y., Kurilenko N.I. Experimental determination of the worker’s clothing surface temperature during the ceramic gas heater operation // Thermal Science and Engineering Progress. 2021. V. 22. 100851. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2021.100851
  18. Tritton D.J. Physical Fluid Dynamics, 2nd ed.; Clarendon Press: Oxford, UK, 1988.
  19. Siegel R., Howell J. Thermal Radiation Heat Transfer, 4th ed.; Taylor & Francis: New York, NY, USA, 2002.
  20. Haynes W.M. Handbook of Chemistry and Physics 2015–2016; CRC/Taylor & Francis: Boca Raton, FL, USA, 2015.
  21. Kuzmin D., Mierka O., Turek S. On the Implementation of the k − ε Turbulence Model in Incompressible Flow Solvers Based on a Finite Element Discretization // Int. J. Computing Science and Mathematics. 2007. V. 1 (2–4). P. 193–206. https://www.researchgate.net/publication/228529803
  22. Miroshnichenko I.V., Sheremet M.A. Effect of Thermal Conductivity and Emissivity of Solid Walls on TimeDependent Turbulent Conjugate Convective-Radiative Heat Transfer // J. Appl. Comput. Mech. 2019. V. 5 (2) P. 207–216. https://doi.org/10.22055/JACM.2018.26184.1310
  23. Bird B. Stewart W.E., Lightfoot E.N. Transport Phenomena, 2nd ed.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 2007.
  24. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD, 2nd ed., DCW Industries, 1988.
  25. Curtiss C.F., Bird R.B. Multicomponent Diffusion // Ind. Chem. Res. 1999. V. 38. P. 2515–2522.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences