矩形通道內(nèi)縱向渦發(fā)生器的換熱和流動(dòng)特性研究.pdf

1、本文通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三種方法對(duì)矩形通道內(nèi)空氣沖擊縱向渦發(fā)生器后的流動(dòng)及換熱特性進(jìn)行了研究。 在理論分析部分，對(duì)存在渦旋的流場的一些基本概念做了解釋，闡述了渦旋的產(chǎn)生、發(fā)展，并對(duì)其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理進(jìn)行了分析。在二維流動(dòng)與換熱的場協(xié)同方程的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出三維湍流換熱的一般協(xié)同方程。由協(xié)同方程看出：換熱強(qiáng)弱不僅取決于流體的速度和流體的特征，而且取決于速度矢量與熱流矢量的協(xié)同關(guān)系。因此，可以通過改善速度場與溫度場的協(xié)同程

2、度來實(shí)現(xiàn)傳熱的強(qiáng)化。 在實(shí)驗(yàn)研究部分，設(shè)計(jì)并加工了四種形式的渦發(fā)生器和實(shí)驗(yàn)必需的澆注萘試件的模型，為實(shí)驗(yàn)的順利完成提供了保障。實(shí)驗(yàn)根據(jù)熱—質(zhì)比擬原理，采用萘升華技術(shù)，并在吸入式風(fēng)洞系統(tǒng)中進(jìn)行。分別研究了三角形(DVG)、矩形(RVG)、三角形翼型(DWVG)和矩形翼型(RWVG)四種形式的縱向渦發(fā)生器的流動(dòng)和換熱特性，通過改變迎流沖擊角和高寬比h/b，在雷諾數(shù)Re=2.0×105～5.5×105范圍內(nèi)，獲得了它們的平均及局部換

3、熱規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1)三角形翼和矩形翼渦發(fā)生器最佳的沖擊角在60°附近；2)局部換熱強(qiáng)化最高可提高70％，平均換熱強(qiáng)化最高可提高30％；3)幾何尺寸是重要影響因素，在本實(shí)驗(yàn)條件下，隨高度的增加，對(duì)應(yīng)的Nu數(shù)也隨之提高。綜合比較得出結(jié)論，三角形翼渦發(fā)生器具有最好的換熱效果。最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地驗(yàn)證了場協(xié)同理論對(duì)渦流強(qiáng)化換熱的機(jī)理。 數(shù)值模擬部分，采用CFD軟件FLUENT來進(jìn)行。在Gambit中建立了相應(yīng)的三維物理模型，劃分

4、了細(xì)密的3D網(wǎng)格。利用有限容積法(FVM)對(duì)控制方程進(jìn)行了離散化處理，選用SIMPLEC算法對(duì)壓力—速度耦合方程進(jìn)行求解，從而求得了速度場和溫度場的數(shù)值解，并對(duì)流場和溫度場進(jìn)行了可視化顯示。由計(jì)算結(jié)果可以看出：三角形翼和矩形翼渦發(fā)生器在縱向的強(qiáng)化作用明顯，產(chǎn)生的漩渦可以向下游傳播的很遠(yuǎn)；三角形和矩形渦發(fā)生器則能產(chǎn)生出渦偶，縱向傳播能力較差，在橫向的強(qiáng)化作用比較明顯。 理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的結(jié)果均表明：四種形式的渦發(fā)生器