人工粗糙度作為一種局部強化換熱技術,對提高再生冷卻效率有重要意義。為了研究人工粗糙度對矩形冷卻通道三維流動與傳熱特性的影響,以及在彎曲段與二次流的耦合作用,對有人工粗糙度的三維彎曲矩形通道進行了建模,并應用Fluent軟件進行了數(shù)值仿真計算,采用了能夠有效準確地求解受強曲率影響的管道內及近壁區(qū)域湍流流動的RNG k-ε湍流模型。結果表明:在冷卻通道底面添加人工粗糙度會使底部流動受到干擾進而導致流速中心上移,因此在彎曲段,有人工粗糙度的冷卻通道中所產(chǎn)生迪恩渦的范圍相對較小且距離底面較遠,而隨著二次流的產(chǎn)生,流速中心會向底部移動,使得該處的換熱得到改善,整體對流傳熱系數(shù)上升;當入口質量流量分別為0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s時,有人工粗糙度工況下彎曲段加熱面平均對流傳熱系數(shù)分別增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以顯著提高換熱,且隨著入口質量流量的增加其對換熱的提高作用也變得越來越明顯。

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【部分圖文】：

圖1 計算域幾何模型與網(wǎng)格劃分

本文的研究對象包括內壁和冷卻劑兩部分,如圖1所示。其中,矩形通道高h=5mm,寬b=4mm,內壁厚度均為t=1mm。從入口處到L1=150mm處為非加熱段以形成充分發(fā)展的湍流,加熱段包括L2=100mm的長直段、直徑Dh=100mm的90°彎曲段和L3=100mm的....

圖2 3種網(wǎng)格數(shù)目下L2加熱面壁面溫度沿軸向變化

表2網(wǎng)格無關性分析不同網(wǎng)格設置Tab.2Variousgridsettingsofgridindependenceanalysis粗網(wǎng)格數(shù)基準網(wǎng)格細網(wǎng)格310000112000028000002計算結果分析

圖3 有人工粗糙通道底部近壁區(qū)域流線圖

圖3為有人工粗糙度的冷卻通道底面近壁區(qū)域流線圖,從圖3中可以看出,由于人工粗糙度的存在,使得流場結構有了較大的改變。首先使得近壁區(qū)域的層流結構遭到破壞,在每個凸臺下游處產(chǎn)生了局部的渦旋。其次,冷卻劑在流經(jīng)凸臺時會使流線受到壓縮,進而產(chǎn)生了局部的高流速區(qū)域。圖4給出了兩種工況下彎曲....

圖5 θ=0°,45°,90°截面軸向速度云圖與速矢量圖(左:無粗糙度;右:有粗糙度)

二次流與渦流的疊加強度可以通過螺旋度的絕對值來測量,圖6給出了兩種情況下沿流動方向螺旋度變化。由圖6可知,在L2長直段,無粗糙度情況下的螺旋度為0,因為此時還沒有產(chǎn)生二次流。而對于有粗糙度的情況而言,由于粗糙度的存在使得流體在靠近壁面處產(chǎn)生渦流,因此其在L2處存在一定量的螺旋度。....

本文編號：4016245