基于积分方法的外掠平板湍流温度场的解析解

发布时间：2021-04-18 16:41

　　外掠平板湍流流动特性是研究湍流传热特性的基本问题之一,具有重要的理论意义和工程应用价值.本文将外掠平板湍流温度边界层划分为层流底层和湍流核心区,分别采用三次多项式和1/5次幂函数描述温度场的分布规律,用积分方法建立能量方程,利用四阶龙格-库塔算法得到湍流温度场理论解.与Blackwell、Moffat和Kays等人的试验结果对比表明本文解析解的正确性,获得的理论解与经典普朗特-泰勒二层理论模型也具有较好的一致性. 

【文章来源】：四川大学学报(自然科学版). 2020,57(03)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

外掠平板湍流温度边界层示意图

式中ρ为流体密度,cP为定压比热容,μ为动力粘度,λ是导热系数,T∞和u∞为主流区流速和温度,Ts为壁面温度,u1和T1、u2和T2分别为层流底层、湍流核心区的速度和温度,uL和TL分别为速度和温度边界层中层流底层外缘处的速度和温度,δ1(Δ1)是速度(温度)边界层中层流底层厚度,δ(Δ)是湍流速度(温度)边界层的总厚度,如图1和图2. 需特殊说明的是,因dx极小,认为dx距离内温度边界层层流底层厚度沿x方向不变,并忽略速度和温度边界层中层流底层处的速度差异.2.2 温度分布函数

图3是本文温度解析解与Blackwell[18]的试验结果对比情况,发现无论在层流底层还是湍流核心区二者均符合得较好,最大相对误差仅为0.2%.由图可见,温度在近壁面区域变化极快,温度梯度剧烈,随着远离壁面程度增加温度梯度持续减小,直至主流区后温度不再发生变化.

【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器尖化前缘气动热环境研究[J]. 高莹莹,杨凯威,孔维萱,景昭,杨驰.  导弹与航天运载技术. 2019(06)
[2]湍流工况小型风力机翼型气动特性及稳健优化[J]. 唐新姿,李鹏程,彭锐涛,陆鑫宇.  机械工程学报. 2020(02)
[3]湍流强度对风机叶片风效应影响的试验研究[J]. 戎操,王地灵.  建筑结构. 2019(S1)
[4]高超声速飞行器热防护结构研究进展[J]. 徐世南,吴催生.  飞航导弹. 2019(04)
[5]面向精准工程湍流模型的理论研究[J]. 佘振苏,唐帆,肖梦娟.  空气动力学学报. 2019(01)
[6]飞行器高空下落散热数值模拟及试验研究[J]. 谭公礼,吴学群,刘则良,卢建.  科学技术与工程. 2018(29)
[7]复杂热环境下平流层飞艇高空驻留热动力学特性[J]. 姚伟,李勇,范春石,宋琦.  宇航学报. 2013(10)



本文编号：3145813