采用大渦模擬方法對非定常來流壓力條件下叉排管束預冷器換熱特性進行了研究,同時運用動力學模態(tài)分解方法對流場主控流動結構進行了識別,探討了來流壓力周期性變化頻率對預冷器內部流動、換熱性能和熵產的影響。結果表明:來流壓力變化頻率對預冷器時均和瞬態(tài)換熱性能影響均不顯著,但當來流壓力變化頻率增大至流場固有頻率950 Hz時,流場發(fā)生共振,換熱性能發(fā)生劇烈振蕩;管束壁面剪切層運動和繞流脫落渦結構為主控流動結構,其時空演化過程對瞬時換熱性能起決定作用;當流場發(fā)生共振時,剪切層的生長和演化與來流速度的脈動密切相關,前排管束的繞流渦脫落周期與來流壓力/速度變化周期一致,而壁面剪切層的生長周期則為來流壓力/速度變化周期的兩倍。此外,叉排管束流場的換熱熵產決定于主控流動結構,其時空演化特征與主控流動結構演化規(guī)律完全一致。 

【文章來源】：航空動力學報. 2020,35(10)北大核心

【文章頁數】：14 頁

【部分圖文】：

叉排管束式預冷器幾何結構

來流壓力變化頻率為950 Hz時不同管束周向

圖2所示為計算模型及計算域網格劃分,該模型共計13排管束,各管束的展向長度(z向)為πd;計算域進出口設置長度為8d的延長段與保證來流充分發(fā)展及提高數值收斂性。延長段內采用H型網格,進出口延長段分別分布80和100個網格節(jié)點;換熱單元內采用O型網格,管壁第一層網格取高度0.002 mm(最大y+≈0.2)以充分捕捉速度/溫度邊界層。為詳細刻畫管外繞流各復雜渦系結構的演化發(fā)展,本文采用商業(yè)軟件ANSYS FLUENT平臺中的大渦模擬方法求解三維非定常Navier-Stokes方程�？紤]到所研究的工況范圍內來流速度很低(Ma?0.1),選取基于壓力的求解器;采用SIMPLE算法進行速度和壓力的耦合求解;雷諾應力、擴散項、壓力應變率、耗散項和生成項方程均采用3階精度QUCIK格式進行空間離散;時間離散采用2階精度雙時間部隱式格式。如圖2所示,計算域進口給定總溫/總壓邊條,出口給定總壓邊條,管束設定為定溫無滑移壁面;x方向采用周期性邊條,而z方向則設定為對稱邊條。計算時間步長為2.6×10-6 s,在本文的網格尺度下保證克朗數(Courant number)小于1,且管外繞流旋渦脫落周期迭代步數超過500。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]POD和DMD方法分析不同間隙壓氣機旋轉不穩(wěn)定性特性[J]. 吳亞東,李濤,賴生智.  航空動力學報. 2019(09)
[2]基于DMD方法的超聲速進氣道喘振特性分析[J]. 代珂,郭峰,朱劍鋒,尤延鋮.  航空動力學報. 2019(05)
[3]采用DMD方法研究葉柵不同攻角的擬序結構[J]. 洪樹立,黃國平,陸惟煜,王進春.  航空動力學報. 2018(09)
[4]動力學模態(tài)分解及其在流體力學中的應用[J]. 寇家慶,張偉偉.  空氣動力學學報. 2018(02)
[5]基于DMD方法的縫翼低頻噪聲機理分析[J]. 魏佳云,李偉鵬,許思為,趙克良,孫一峰.  航空學報. 2018(01)



本文編號：3045301