非圓形擾流柱排換熱和流動旋轉(zhuǎn)效應(yīng)研究.pdf

1、短擾流柱排被廣泛的應(yīng)用于渦輪葉片的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)中，尤其是葉片尾緣。本文根據(jù)已有的靜止?fàn)顟B(tài)下非圓形擾流柱排流場和換熱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用廣泛應(yīng)用的大型商業(yè)軟件FLUENT對部分試驗(yàn)工況進(jìn)行了模擬和校核計(jì)算，并探求用數(shù)值計(jì)算的手段模擬旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，研究裝有非圓形擾流柱排的旋轉(zhuǎn)矩形通道內(nèi)的流動與換熱特性。 計(jì)算中選用了三種不同截面形狀的擾流柱：方形、鉆石形和液滴形，擾流柱排的幾何參數(shù)為S/D=4，H/D=1.33,X/D=2.7，3和4。計(jì)算

2、了不同進(jìn)口雷諾數(shù)(Re=20000～80000)、旋轉(zhuǎn)數(shù)(Ro=0～0.3)和溫差(△T=20～100K)下，裝有非圓形擾流柱的矩形通道在靜止和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下端壁的局部壓力分布、速度分布和換熱分布。由于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，流場會受到離心力、哥氏力和浮升力的影響，本文用三個無量綱準(zhǔn)則數(shù)即進(jìn)口雷諾數(shù)、旋轉(zhuǎn)數(shù)和浮力數(shù)來對研究旋轉(zhuǎn)對流場和換熱的影響。計(jì)算結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，哥氏力會使得垂直于來流截面的速度分布不對稱，速度峰值偏向迎風(fēng)面，在靠近背風(fēng)面處的擾

3、流柱附近會有渦的形成。當(dāng)旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro較小時，出入口壓力差隨旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)的增加而減小，當(dāng)Ro超過某一臨界值后，壓力差反而增大。 旋轉(zhuǎn)使得各壁面的換熱得到增強(qiáng)，并且迎風(fēng)面的換熱比背風(fēng)面強(qiáng)，并且隨著旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大，迎風(fēng)面與背風(fēng)面平均Nu數(shù)的差別越來越大，但隨進(jìn)口雷諾數(shù)的增大，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的換熱差別越來越小；隨著旋轉(zhuǎn)的增強(qiáng)，通道端壁各段的換熱變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，進(jìn)口區(qū)端壁的換熱會增強(qiáng)，而擾流柱區(qū)以及尾緣區(qū)的換熱則先減后增。在靜止和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)

4、下，平均換熱系數(shù)會隨著進(jìn)口雷諾數(shù)的增加而增大；隨著浮力數(shù)的增大而增大。鉆石形擾流柱排的換熱最強(qiáng)，方形次之，液滴形最弱；相應(yīng)地鉆石形擾流柱排的壓力損失最大，方形次之，液滴形最小。另外，根據(jù)計(jì)算結(jié)果擬合了計(jì)算工況范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)數(shù)與努塞爾數(shù)的關(guān)系式和浮力數(shù)與努塞爾數(shù)關(guān)系式，得出旋轉(zhuǎn)數(shù)、來流雷諾數(shù)、浮力數(shù)、溫差對努塞爾數(shù)的影響因子，及其變化規(guī)律，即旋轉(zhuǎn)數(shù)和浮力數(shù)越大對努塞爾數(shù)的影響越大，溫差增加則努塞爾數(shù)減小，來流雷諾數(shù)增加努塞爾數(shù)增大。