人工粗糙度对矩形弯曲管道流动与传热数值模拟

发布时间：2024-12-11 05:13

　　 人工粗糙度作为一种局部强化换热技术,对提高再生冷却效率有重要意义。为了研究人工粗糙度对矩形冷却通道三维流动与传热特性的影响,以及在弯曲段与二次流的耦合作用,对有人工粗糙度的三维弯曲矩形通道进行了建模,并应用Fluent软件进行了数值仿真计算,采用了能够有效准确地求解受强曲率影响的管道内及近壁区域湍流流动的RNG k-ε湍流模型。结果表明:在冷却通道底面添加人工粗糙度会使底部流动受到干扰进而导致流速中心上移,因此在弯曲段,有人工粗糙度的冷却通道中所产生迪恩涡的范围相对较小且距离底面较远,而随着二次流的产生,流速中心会向底部移动,使得该处的换热得到改善,整体对流传热系数上升;当入口质量流量分别为0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s时,有人工粗糙度工况下弯曲段加热面平均对流传热系数分别增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以显著提高换热,且随着入口质量流量的增加其对换热的提高作用也变得越来越明显。

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1 计算域几何模型与网格划分

本文的研究对象包括内壁和冷却剂两部分,如图1所示。其中,矩形通道高h=5mm,宽b=4mm,内壁厚度均为t=1mm。从入口处到L1=150mm处为非加热段以形成充分发展的湍流,加热段包括L2=100mm的长直段、直径Dh=100mm的90°弯曲段和L3=100mm的....

图2 3种网格数目下L2加热面壁面温度沿轴向变化

表2网格无关性分析不同网格设置Tab.2Variousgridsettingsofgridindependenceanalysis粗网格数基准网格细网格310000112000028000002计算结果分析

图3 有人工粗糙通道底部近壁区域流线图

图3为有人工粗糙度的冷却通道底面近壁区域流线图,从图3中可以看出,由于人工粗糙度的存在,使得流场结构有了较大的改变。首先使得近壁区域的层流结构遭到破坏,在每个凸台下游处产生了局部的涡旋。其次,冷却剂在流经凸台时会使流线受到压缩,进而产生了局部的高流速区域。图4给出了两种工况下弯曲....

图5 θ=0°,45°,90°截面轴向速度云图与速矢量图(左:无粗糙度;右:有粗糙度)

二次流与涡流的叠加强度可以通过螺旋度的绝对值来测量,图6给出了两种情况下沿流动方向螺旋度变化。由图6可知,在L2长直段,无粗糙度情况下的螺旋度为0,因为此时还没有产生二次流。而对于有粗糙度的情况而言,由于粗糙度的存在使得流体在靠近壁面处产生涡流,因此其在L2处存在一定量的螺旋度。....

本文编号：4016245