采用大渦模擬方法對(duì)非定常來流壓力條件下叉排管束預(yù)冷器換熱特性進(jìn)行了研究,同時(shí)運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模態(tài)分解方法對(duì)流場主控流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了識(shí)別,探討了來流壓力周期性變化頻率對(duì)預(yù)冷器內(nèi)部流動(dòng)、換熱性能和熵產(chǎn)的影響。結(jié)果表明:來流壓力變化頻率對(duì)預(yù)冷器時(shí)均和瞬態(tài)換熱性能影響均不顯著,但當(dāng)來流壓力變化頻率增大至流場固有頻率950 Hz時(shí),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(yùn)動(dòng)和繞流脫落渦結(jié)構(gòu)為主控流動(dòng)結(jié)構(gòu),其時(shí)空演化過程對(duì)瞬時(shí)換熱性能起決定作用;當(dāng)流場發(fā)生共振時(shí),剪切層的生長和演化與來流速度的脈動(dòng)密切相關(guān),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(chǎn)決定于主控流動(dòng)結(jié)構(gòu),其時(shí)空演化特征與主控流動(dòng)結(jié)構(gòu)演化規(guī)律完全一致。 

【文章來源】：航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2020,35(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

叉排管束式預(yù)冷器幾何結(jié)構(gòu)

來流壓力變化頻率為950 Hz時(shí)不同管束周向

圖2所示為計(jì)算模型及計(jì)算域網(wǎng)格劃分,該模型共計(jì)13排管束,各管束的展向長度(z向)為πd;計(jì)算域進(jìn)出口設(shè)置長度為8d的延長段與保證來流充分發(fā)展及提高數(shù)值收斂性。延長段內(nèi)采用H型網(wǎng)格,進(jìn)出口延長段分別分布80和100個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn);換熱單元內(nèi)采用O型網(wǎng)格,管壁第一層網(wǎng)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(xì)刻畫管外繞流各復(fù)雜渦系結(jié)構(gòu)的演化發(fā)展,本文采用商業(yè)軟件ANSYS FLUENT平臺(tái)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(nèi)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(jìn)行速度和壓力的耦合求解;雷諾應(yīng)力、擴(kuò)散項(xiàng)、壓力應(yīng)變率、耗散項(xiàng)和生成項(xiàng)方程均采用3階精度QUCIK格式進(jìn)行空間離散;時(shí)間離散采用2階精度雙時(shí)間部隱式格式。如圖2所示,計(jì)算域進(jìn)口給定總溫/總壓邊條,出口給定總壓邊條,管束設(shè)定為定溫?zé)o滑移壁面;x方向采用周期性邊條,而z方向則設(shè)定為對(duì)稱邊條。計(jì)算時(shí)間步長為2.6×10-6 s,在本文的網(wǎng)格尺度下保證克朗數(shù)(Courant number)小于1,且管外繞流旋渦脫落周期迭代步數(shù)超過500。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3045301