非定常来流压力下基于DMD方法的预冷器换热特性

发布时间：2021-02-22 02:29

　　采用大涡模拟方法对非定常来流压力条件下叉排管束预冷器换热特性进行了研究,同时运用动力学模态分解方法对流场主控流动结构进行了识别,探讨了来流压力周期性变化频率对预冷器内部流动、换热性能和熵产的影响。结果表明:来流压力变化频率对预冷器时均和瞬态换热性能影响均不显著,但当来流压力变化频率增大至流场固有频率950 Hz时,流场发生共振,换热性能发生剧烈振荡;管束壁面剪切层运动和绕流脱落涡结构为主控流动结构,其时空演化过程对瞬时换热性能起决定作用;当流场发生共振时,剪切层的生长和演化与来流速度的脉动密切相关,前排管束的绕流涡脱落周期与来流压力/速度变化周期一致,而壁面剪切层的生长周期则为来流压力/速度变化周期的两倍。此外,叉排管束流场的换热熵产决定于主控流动结构,其时空演化特征与主控流动结构演化规律完全一致。 

【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(10)北大核心

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

叉排管束式预冷器几何结构

来流压力变化频率为950 Hz时不同管束周向

图2所示为计算模型及计算域网格划分,该模型共计13排管束,各管束的展向长度(z向)为πd;计算域进出口设置长度为8d的延长段与保证来流充分发展及提高数值收敛性。延长段内采用H型网格,进出口延长段分别分布80和100个网格节点;换热单元内采用O型网格,管壁第一层网格取高度0.002 mm(最大y+≈0.2)以充分捕捉速度/温度边界层。为详细刻画管外绕流各复杂涡系结构的演化发展,本文采用商业软件ANSYS FLUENT平台中的大涡模拟方法求解三维非定常Navier-Stokes方程。考虑到所研究的工况范围内来流速度很低(Ma?0.1),选取基于压力的求解器;采用SIMPLE算法进行速度和压力的耦合求解;雷诺应力、扩散项、压力应变率、耗散项和生成项方程均采用3阶精度QUCIK格式进行空间离散;时间离散采用2阶精度双时间部隐式格式。如图2所示,计算域进口给定总温/总压边条,出口给定总压边条,管束设定为定温无滑移壁面;x方向采用周期性边条,而z方向则设定为对称边条。计算时间步长为2.6×10-6 s,在本文的网格尺度下保证克朗数(Courant number)小于1,且管外绕流旋涡脱落周期迭代步数超过500。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3045301