周期性锯齿型通道流动和换热的周期性研究.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：063253 -。周期性锯齿型通道流动和换热 的周期性研究 卢玫董晶瑾李凌余敏杨茉董愉 (上海理工大学动力工程学院上海市军工路516号200093) Tel：021 E—mail：roseluu@citiz．net 摘要 用非稳态层流模型对周期性锯齿形通道内流动与换热进行了数值模拟．在Re=550--700范 围内时t入口段后的流动和换热已发生明显振荡。但其流场、无因次温度场仍具有周期性充分发展 的一些特性：从入口段算起的第9、10个几何周期的平均Nu数-与-ffl周期性充分发展条件计算得到的 平均Nu数吻合良好． 关键词：对流换热数值模拟周期性充分发展 1．引言 研究者们已经认识到，具有周期性结构特点的通道内流动与换热问题其实是一个 非稳态问题。当采用了非稳态的数学模型后，数值计算结果会发生周期的或非周期的 振荡，这时Patankar等tl】提出的沿通道几何周期存在的周期性充分发展的概念是否仍 然适用?李凌等121对矩形槽通道内流动和换热的研究表明，当流动和换热发生振荡后， 仅在一定的Reynods数范围内，周期性充分发展才是成立的。笔者也曾对这一问题进 行初步的研究，结果表明对于文中给定的锯齿形通道，在Pr=0．7、Re=600时流动与换 热有明显的振荡，但沿流动方向第9、10个周期已基本呈现出周期性充分发展特征。 本文的主要工作是在此基础上，用非稳态数学模型对包含入口段的锯齿形通道内流动 与换热进行了不同Re数工况下的数值模拟，并沿用Patankar等提出的周期性充分发 展的概念进行对比数值模拟，详细讨论在 y 数值结果发生振荡的条件下沿几何周期通 道流动和换热的周期性问题。 让 笏◇公彩≮： X 。2．物理问题及数学模型 ·．．上—一圜1*管擞刑某啬圆7 基金项日：国家自然科学旗金项日(No，一k海市教委发展基金项I：1(05EZl7) 160 按Patankar等提出的周期性充分发展的概念进行单个周期的对比模拟(简称方法 2)，其周期性条件为：U(F,X,D=U(F,X+L／D,Y)，以EZy)=V(F,X+L／D,n， ÷(F，x，Y)=÷(F，x+LID，n ’ ％ ％ 式中无鼙纲参数定义如下：x=委，．Y=y．，U：兰，V=三，户：二，本文 ／．2 ∥ 材o ‰ 肛岳 F=睾，无量纲过余温度o：．当，岛=瓦一瓦为流动截面平均过余温度。 ．U ∥6 数值计算方法为基于原始变量的有限差分法，对流扩散项用QUICK差分格式f4】， 并用SIMPLE方法处理压力与速度的耦合。整个计算区域整体求解，周期性边界条件 采用扩大区域方法处理％ 3．计算结果讨论 与 A0， cgn ， Nu：丝，其中，ob,m为通道周期长度的对数平均过余温度，o为单位时19内通过通 旯 道壁面传给流体的热流量，A为一个周期长度、单位宽度的实际换热面积。 本文研究的通道几何结构尺寸为L／b=6．6232，ft=200，由10个几何周期构成。 计算中取Pr数为0．7，Re数分别为550、600、650和700。 (1)周期性通道流动和换热的的非稳态特性 图2所示为Re=600时、从入口数起第3、第8个周期的平均Nu数随无因次时间 F的变化曲线。可以