横掠圆管的二维流场有限差分分析.pdfVIP

维普资讯 第23卷第 3期 电 力 科 学 与 工 程 V01．23．No．3 2007年 7月 ElectricPowerScienceandEngineering Ju1．，2007 横掠圆管的二维流场有限差分分析 袁 野 ，倪景峰 ，刘丽华 (1．广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州516082：2．华北电力大学，北京 102206) 摘要：在合理划分二维流场离散 网格的M -J：，采用了有限差分方法求解流动微分方程，借助计算机编程 获取 目标流场中各结点的最终离散值 ，并生成流场的流动速度矢量示意图。针对横掠圆管流场的有限差分 分析，对换热器的性能改进以及现场优化运行有一定的参考价值。同时，这种利用计算机进行数值离散求 解流场的手段，相比搭建实验台进行实验模拟流场而言，具有经济性好、模拟速度快等优点。 关键词：二维流场；换热器；流函数；有限差分 中图分类号：TM714 文献标识码：A 数问题的近似数值解法。 0 引 言 流体力学的基础知识规定，定常流动，是指流 场中空间点上的运动参数在不同时间内都有确定的 电站设备的换热装置，如高压加热器、低压加 值，即它们只随空间点改变，而不随时间t变化；不 热器、冷凝器等，有不同形态的流场。其中，最为 可压缩流体，是指在压力作用下不改变其体积的流 典型的是流体横掠圆管的流动 。换热器外壳为长 体p】。由于换热器中冷却水的压力较低，且流场分 方体结构，冷却水 自左向右流动；换热器内铜管为 布不受时间影响，因此，可将冷却水的流动视作定 中空圆管，交错布置形成管束，管束的轴线与水流 常不可压缩平面势流。冷却水流动的控制方程为 方向垂直，蒸汽 自前向后流动。 工程中实际流场均为三维流场，但 由于三维流 甏+V=0 场的复杂性，同时考虑到换热器均匀性及对称性，可 对于上述的二维流场进行分析，必须给出定解 以将三维流场转化为二维流场。本文采用有限差分 条件。定解条件含初始条件、边界条件，它们是求 的方法求解流体横掠圆管的平面流场 (即二维流场) 解微分方程不可或缺的条件 】。 例如，非定常问 问题。当离散结果贴近实际时，就可以将有限差分 题必须给出初始条件，而对于空间求解域，由于用 的方法再进一步推广到三维流体，求解整个换热器 有限差分求解流场时总是取有限空间，所以必须给 中的流场效果。 出边界条件 。给出的定解条件合适与否直接影响到 求解微分方程的效果。定解条件的个数以及给出初 1 有限差分方法应用于二维流场 始条件和边界条件的位置往往需要结合流场的具体 实际来确定。 有限差分方法是数值解法中较为常用的方法。 它是将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点 2 离散求解二维流场 代替连续的求解域，然后将偏微分方程的导数用差 商代替，推导出含有离散点上有限个未知数的差分 2．1 目标流场区域及网格划分 方程组 】。求差分方程的解，就是微分方程定解 问 显然，交错排列的管束也具有对称性，进一步 题的数值近似解