斜截椭圆柱涡流发生器的大涡模拟.pdfVIP

lfl丽一r：程热物理学会 fe热传质学 学术会议论文 编号：06305l 斜截椭圆柱涡流发生器的大涡模拟★ 汪健生刘志毅汤俊洁 (灭i弘大学机械●：程学院热能1：j；呈系，天津，300072) Tel．(022)E—mail：jsw@qu．edu．cnliserlinliu@sina．com 摘要：本文对流体存放置斜截椭圆柱涡流发!t器的矩形馏道内的流动与传热特性进行了人涡模拟，得 出丫流场·{一速度、温度与骶力的瞬态特性；分析丫涡流发生器强化传热的机婵。计算结果农l刃：涡流 发生器町以诱导漩涡，而山其所诱导的流向涡对强化1￡热起丰婴作用，壁面附近流体的流动状况与传 热密切千H关。 关键词：人涡模拟斜截椭圆柱涡流发牛器强化传热 1引言 涡流发生器可以诱导涡旋，减薄或破坏边界层，起到强化传热的作用。许多研究者 对不同类型的涡流发生器进行了大最的数值计算及实验研究11枷。目前对湍流问题所进 行的数值计算巾，直接数值模拟(DNS)对计算机的要求非常高，而应用Reynolds时均方 程(RANS)的模拟方法，则无法得到流场巾符参数的瞬态特性，因而在对湍流机理的研 究上受到了一定的限制。大涡模拟(LES)将直接数值模拟和雷诺时均方法相结合，对大 尺度涡进行模拟，小尺度涡对大尺度涡的影响通过模型计算，该方法可以得到流场的瞬 态特性的相关信息，对计算机的要求远低予直接数值模拟，因而具有普遍的适应性和广 泛的应用前景。 本文根据大涡模拟的特点，采用大涡模拟方法对流体在放置斜截椭圆涡流发生器的 矩形槽道巾的流动与传热特性进行数值计算，分析了涡流发生器的强化传热机理。 2物理模型的建立 涡流发生器有很多类型，由于涡流发生器诱导的漩涡会在流场巾随流体流动逐步衰 减，影响其对换热的作用程度。为解决这一问题，本文尝试用矩阵形式排列的涡流发生 器进行强化传热，使涡流发生器对流场的扰动范围更大、更均匀。如图l所示，将涡流 mln，宽150 发生器布置在一矩形槽道巾，矩形槽道长600 mm，高50 mm，底部为厚度 4mm的钒板。斜截椭圆柱式涡流发生器如图2所示，斜截椭圆柱体的倾角a为20。。 图1斜截椭圆柱的排列方式 图2斜截椭圆柱形涡流发生器 3控制方程 大涡模拟将湍流运动分解为大尺度涡和小尺度涡两部分，求解经过滤波后的N．S方 程，．直接计算对湍流输运有强烈卡u互作用的大尺度涡，大、小尺度涡的相互作用通过建 立模犁对其进行模化。苘先采用滤波将相关变量分解为大、小尺度最；采用Deardorff }Ⅲ家fJ然科学幕企资助项}l(5(117fi063) 847 篮瓦涨汲裕惩仃涨汲；滤’饭局阴琏绥性万崔、N-S万程不U能最方程为： 当：0，． (1) ox, (2) 互+旦(矿F)-一土亚+v巫+堡 8t c3x| Oxf一”Pax．Ox}8x? 害+雩?专(口蔷)一石c3hj+s c3， 玑0，P、a分别代表速度、温度、l玉,Jj、导温系数，r口为业格子雷诺应力，表达 式为：勺=瓦一虿石；巧为亚格子热流，表达式为：h，=，—ufl—一一ujO一。f口足由非 线性对流项滤波所产生的，体现小尺度量对大尺度量的影响；采用Smagorinsky模型进 行模化，假定皿格子雷诺应力的各向异性部分勺‘=～一毛r址13，与最小求解尺寸上的应 变率瓦成正比，于是有：rF·：咖，写=--V1．b(CO—U，+挈)‘ (4) ‘