等热流边界条件纵向涡对流强化传热机理研究.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：07304l 等热流边界条件纵向涡对流强化传热机理研究 张强王良璧+ (兰州交通大学机电工程学院，兰州730070) +联系电话：093l·4956556 E-mail：堡堡垒塾g@堡鲤：!舀地：塑 摘要水文以空气为介质。对融=300时卜．表面布置有单个三角翅的矩形槽道内的层流的等热流边界条件下的对流换热 进行r数位分析：对热爨通最与速度梯度、速度与热量通量梯度的耦合在二次流存在时对流换热机理的贡献进行了详 细地分析。 关键词数值模拟、对流换热、速度梯度、热量通量梯度 1．引言 强化传热广泛用于各行各业，特别是随着科学技术的发展，强化传热的研究变得越来越重要。目 前人们普遍认为减薄对流换热层流底层的厚度能大幅度强化传热。但是如果～充分发展的管内流动中 存在二：次流，即使该二次流在最级上比主流小一个量级，虽然不能明显的减薄边界层厚度…，也可以 大大强化其默面的换热能力。二：次流的强化换热机理是什么呢?目前公认的纵向涡强化换热机理是： 纵向涡与边界层内流体进行动曩交换重新发展边界层；增强流体的不稳定性等来强化传热；修正涡通 量强度与对流换热强度的对应理论。但这些解释并没有从本质上解释纵向涡的强化换热机理，我们缺 换热过程：一种是静态流体的内部自然扩散；另一种是由于涡使流体均匀的混合并不断的把新的流体 释对流传热的实质。本文以扁管管片式散热器空气侧对流换热为背景，根据文献[3】提出的理论研究 在等热流边界条件下纵向涡对流强化传热的机理。 2．物理模型及数学描述 本文所采用的物理模型示意图以及涡产生器的空问布置、几何形状如图1、2所示。尺寸： 厶×三∥t=O．2 ‘，0．0082m)位置处，攻角良354。主流延x方向，流体被限制为层流状态， 乃产40岛， JRP=300， ／／1王 2H (c) 图l纵向涡产生器模型图 图2纵向涡产生器平面图 ． 流体是粘性不可压缩的： (4)不考虑流体中的粘性耗散和体力。以下以张量形式给出流动与换热的 控制方稃。 145 连续性方程：a(倒．)／觑=o，运动方程：a(p％‰)／挑=可∥加k／豇，／挑一囝Ⅳ帆 能量方程：a(毡7’)／砒=的a吖挑J／蕊 热流星输运方程f3j：砒氤／籼+舰‰／鲰u=a(口鲰／觑)／两(f，扣l，2，3) ‘ 知(工，J，，二)k／锄=0 上、下擘面及扁管蹙面上边界条件： 赢角坐标系伉Mz)中的控制方程式变换到适体坐标系中为I纠： 式中：So为计算平面上的附加源项。 aL∞、|a{+atpv、|aq+80pw、ia专～ c／=q“+％1，+吧w．矿=届甜+属’，+孱w，∥=一“+托V+乃w，％=％0一坛0，％‘誓而一‘0 J 2 x{yq：‘+xqyi：{+x‘y：：々一xcyq：；一x_y‘：‘一x{y(：，，Q32x，y(一x‘y，，p、2y‘={一y{=e’ y；=q—yn：；，y12xq=；一x{：口，y32x{yq—xqy； 012x；：；一x：=；、83。x；y；一x；y；。y12 在此还需定义热流通最和速度梯度的组合在z方向上的分量的大小为：彬。：玑罢叼，兰+q，罢 暖 ％ c】z 和速度和热流通量梯度的组合在z方向上的分量：肜一，：材粤