管內(nèi)流體脈動及螺旋流對流換熱的數(shù)值模擬.pdf

1、流體脈動與螺旋流是常見的流動方式，在工業(yè)上應(yīng)用十分廣闊。由于脈動屬于典型的非線性瞬態(tài)過程，快速準(zhǔn)確測量的要求高，以及實(shí)驗(yàn)方法的限制使得以前的研究結(jié)果并不一致，甚至互相矛盾，這些與迅速發(fā)展的應(yīng)用需求很不相稱；螺旋流的流動結(jié)構(gòu)特性復(fù)雜，存在流體旋轉(zhuǎn)甚至回流，有必要對螺旋流的特性進(jìn)行深入的研究。流體脈動及螺旋流對換熱效果的影響因素十分復(fù)雜，以往的解析方法及實(shí)驗(yàn)方法不能很好得滿足研究的需要，本文將針對流體脈動及螺旋流的流動與換熱的影響因素進(jìn)行數(shù)

2、值模擬研究。 脈動部分的研究是對光滑管內(nèi)(d=0.01m，l=3.0m)湍流狀態(tài)的水，在330K的恒壁溫條件下，當(dāng)進(jìn)口的速度發(fā)生周期性變化時(shí)(U=U0[1+Asin(2πfτ)]，U0=0.25m/s，1.5m/s,振幅A分別取0.1、0.2、0.3、0.5、0.8，頻率f取0.05Hz、1Hz、2Hz、5Hz、10Hz)的流動與換熱的情況，分析頻率、振幅等對對流換熱系數(shù)、沿程阻力系數(shù)、溫度等的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：(1)流體

3、的脈沖流動只是使壓力、溫度及努謝爾特?cái)?shù)Nu、邊界層的厚度等物理量產(chǎn)生波動，波動規(guī)律為脈沖振幅越大，脈沖頻率越小，則波動越大；頻率對波動的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于振幅的作用；(2)溫度、速度及努謝爾特?cái)?shù)Nu、沿程阻力系數(shù)、邊界層的厚度等物理量的周期內(nèi)的平均值均等于相同雷諾數(shù)下穩(wěn)態(tài)時(shí)的值，從而說明光滑管內(nèi)脈沖流動既不會強(qiáng)化也不會弱化換熱。 螺旋流的數(shù)值模擬中，針對采用局部切向起旋裝置的光滑圓管(d=0.05m，l=15m)，管壁保持330K的

4、恒溫，在不同大小管徑的導(dǎo)入管(0.01m,0.02m)、不同雷諾數(shù)下的(2783～16997)水的流動換熱情況進(jìn)行研究。計(jì)算結(jié)果表明：(1)旋流強(qiáng)化傳熱效果是明顯的。在工業(yè)換熱器的流速范圍內(nèi)，可以使對流換熱系數(shù)升高8﹪～20﹪，增強(qiáng)比隨軸向速度或者平均雷諾數(shù)的增大而增大；(2)圓管螺旋流的流動為非常有規(guī)律的具有衰減性的三維螺旋型旋轉(zhuǎn)流動，其速度衰減符合指數(shù)變化規(guī)律，螺旋流速度急劇衰減的部分主要集中在約20d范圍內(nèi)完成；(3)螺旋流的速度