湍流度和粗糙度对椭圆柱绕流流动及传热特性的影响研究
发布时间：2022-08-12 16:02
椭圆柱绕流过程中的流动和传热特性受多种因素的影响,本文重点研究了来流湍流度和表面粗糙度这两个工程上常见的影响因素。首先采用数值计算的方法,分别在亚临界区（Re=10~5）和临界区（Re=10~6）两种流态区域下,选取了多组不同的来流湍流度和表面粗糙度,计算了四种不同形状椭圆柱绕流流动及传热的变化规律,四种椭圆柱短长轴之比分别为AR=0.4、0.6、0.8、1。计算时采用了基于当地变量的γ-Reθt转捩模型,此模型可以更好地预测绕流流动时边界层内层流向湍流转捩的现象。通过对数值计算结果的分析,得到了不同湍流度和粗糙度下的表面摩擦系数、边界层转捩位置、分离位置、阻力系数、局部传热及平均传热规律。主要结论如下:（1）当Re=10~5时,椭圆柱绕流处在亚临界区,绕流过程中出现了层流边界层分离,但未发生转捩。Re=10~6时,绕流处于临界区,边界层出现了层流向湍流的转捩,并有分离泡的产生。（2）在亚临界区,当来流湍流度增大时,边界层分离点向下游移动,摩擦阻力系数增大,平均传热增大。在临界区,当湍流度大于临界湍流度时会过渡到超临界区。在临界湍流度以下,边界层转捩位置、分离位置...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 椭圆柱绕流理论概述
1.2.1 柱体绕流运动
1.2.2 边界层转捩类型及预测
1.3 国内外研究现状
1.3.1 椭圆柱绕流流动和传热研究现状
1.3.2 湍流度对绕流影响的研究现状
1.3.3 粗糙度对绕流影响的研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 数值计算方法
2.1 软件及算法概述
2.2 几何模型建立
2.3 网格划分
2.4 流动的控制方程
2.5 边界条件设置
2.6 转捩模型
2.6.1 SSTk-ω湍流模型
2.6.2 γ-Reθt转捩模型
2.7 计算结果验证
2.7.1 网格独立性验证
2.7.2 转捩模型验证
2.8 本章小结
3 湍流度对椭圆柱绕流影响的数值研究
3.1 湍流度及相关参数概述
3.2 亚临界区数值计算结果
3.2.1 亚临界区流态特征
3.2.2 湍流度对流动的影响
3.2.3 湍流度对传热的影响
3.3 临界区数值计算结果
3.3.1 临界区流态特征
3.3.2 湍流度对流动的影响
3.3.3 湍流度对传热的影响
3.4 结果分析与验证
3.5 本章小结
4 粗糙度对椭圆柱绕流影响的数值研究
4.1 亚临界区数值计算结果
4.1.1 粗糙度对流动的影响
4.1.2 粗糙度对传热的影响
4.2 临界区数值计算结果
4.2.1 粗糙度对流动的影响
4.2.2 粗糙度对传热的影响
4.3 结果分析与验证
4.4 本章小结
5 椭圆柱绕流传热特性实验研究
5.1 萘升华实验原理及方法
5.2 实验设备
5.3 来流湍流度的测量
5.4 表面粗糙度的测量
5.5 实验与计算结果对比验证
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗糙度对不同尺度的双层壁结构冲击换热特性影响[J]. 李广超,蒋蔚,刘永泉,张魏,寇志海,赵国昌. 推进技术. 2017(07)
[2]湍流度对二维内冷叶片外换热的影响[J]. 刘友宏,牛俊杰,丁玉林. 科学技术与工程. 2017(04)
[3]边界层流中当地感受性过程的数值研究[J]. 沈露予,陆昌根. 应用数学和力学. 2016(11)
[4]粗糙壁面诱导的流动转捩数值模拟方法[J]. 李虹杨,郑赟,刘大响. 航空动力学报. 2016(09)
[5]地铁列车空调机组中椭圆管换热器的应用[J]. 李剑,蒋奎,张子杨,张春路. 城市轨道交通研究. 2016(04)
[6]带襟翼翼型气动特性粗糙度敏感性研究[J]. 李润杰,李春,祖红亚,叶舟. 中国科技论文. 2015(23)
[7]中温冷水机组诱导器系统应用于办公建筑的性能测试[J]. 王志毅,王高远,刘世权,徐坚. 暖通空调. 2015(11)
[8]基于波尔兹曼方法研究幂律流体的椭圆柱绕流[J]. 吴天,李勇,苏永升. 力学与实践. 2015(05)
[9]椭圆管换热器在洁净间的应用[J]. 贾宁,王正烘,杨楚鹏,张龙飞. 建筑节能. 2015(07)
[10]粗糙物面引起的超声速边界层转捩现象研究[J]. 赵云飞,刘伟,冈敦殿,易仕和,邓小刚. 宇航学报. 2015(06)
硕士论文
[1]电站直接空冷系统异型管的流动与换热特性[D]. 张来.华北电力大学（北京） 2006
本文编号：3676176
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 椭圆柱绕流理论概述
1.2.1 柱体绕流运动
1.2.2 边界层转捩类型及预测
1.3 国内外研究现状
1.3.1 椭圆柱绕流流动和传热研究现状
1.3.2 湍流度对绕流影响的研究现状
1.3.3 粗糙度对绕流影响的研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 数值计算方法
2.1 软件及算法概述
2.2 几何模型建立
2.3 网格划分
2.4 流动的控制方程
2.5 边界条件设置
2.6 转捩模型
2.6.1 SSTk-ω湍流模型
2.6.2 γ-Reθt转捩模型
2.7 计算结果验证
2.7.1 网格独立性验证
2.7.2 转捩模型验证
2.8 本章小结
3 湍流度对椭圆柱绕流影响的数值研究
3.1 湍流度及相关参数概述
3.2 亚临界区数值计算结果
3.2.1 亚临界区流态特征
3.2.2 湍流度对流动的影响
3.2.3 湍流度对传热的影响
3.3 临界区数值计算结果
3.3.1 临界区流态特征
3.3.2 湍流度对流动的影响
3.3.3 湍流度对传热的影响
3.4 结果分析与验证
3.5 本章小结
4 粗糙度对椭圆柱绕流影响的数值研究
4.1 亚临界区数值计算结果
4.1.1 粗糙度对流动的影响
4.1.2 粗糙度对传热的影响
4.2 临界区数值计算结果
4.2.1 粗糙度对流动的影响
4.2.2 粗糙度对传热的影响
4.3 结果分析与验证
4.4 本章小结
5 椭圆柱绕流传热特性实验研究
5.1 萘升华实验原理及方法
5.2 实验设备
5.3 来流湍流度的测量
5.4 表面粗糙度的测量
5.5 实验与计算结果对比验证
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 主要结论
6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗糙度对不同尺度的双层壁结构冲击换热特性影响[J]. 李广超,蒋蔚,刘永泉,张魏,寇志海,赵国昌. 推进技术. 2017(07)
[2]湍流度对二维内冷叶片外换热的影响[J]. 刘友宏,牛俊杰,丁玉林. 科学技术与工程. 2017(04)
[3]边界层流中当地感受性过程的数值研究[J]. 沈露予,陆昌根. 应用数学和力学. 2016(11)
[4]粗糙壁面诱导的流动转捩数值模拟方法[J]. 李虹杨,郑赟,刘大响. 航空动力学报. 2016(09)
[5]地铁列车空调机组中椭圆管换热器的应用[J]. 李剑,蒋奎,张子杨,张春路. 城市轨道交通研究. 2016(04)
[6]带襟翼翼型气动特性粗糙度敏感性研究[J]. 李润杰,李春,祖红亚,叶舟. 中国科技论文. 2015(23)
[7]中温冷水机组诱导器系统应用于办公建筑的性能测试[J]. 王志毅,王高远,刘世权,徐坚. 暖通空调. 2015(11)
[8]基于波尔兹曼方法研究幂律流体的椭圆柱绕流[J]. 吴天,李勇,苏永升. 力学与实践. 2015(05)
[9]椭圆管换热器在洁净间的应用[J]. 贾宁,王正烘,杨楚鹏,张龙飞. 建筑节能. 2015(07)
[10]粗糙物面引起的超声速边界层转捩现象研究[J]. 赵云飞,刘伟,冈敦殿,易仕和,邓小刚. 宇航学报. 2015(06)
硕士论文
[1]电站直接空冷系统异型管的流动与换热特性[D]. 张来.华北电力大学（北京） 2006
本文编号：3676176
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3676176.html
