28208.開縫圓柱繞流流動與傳熱特性研究

1、天津大學碩士學位論文開縫圓柱繞流流動與傳熱特性研究開縫圓柱繞流流動與傳熱特性研究FlowHeatTransferacteristicsofFlowpastaSlitcylinder一級學科：動力工程及工程熱物理學科專業(yè)：動力工程作者姓名：李星瑩指導教師：汪健生副教授企業(yè)導師：崔亮高級工程師天津大學機械工程學院二零一四年十二月I中文摘要中文摘要圓柱繞流作為鈍體繞流中的經(jīng)典問題之一，因其廣泛的工程應用背景和所具有的重要理論價值，一直是眾多學

2、者關注和研究的焦點。而其中的減小流動阻力，抑制渦激振動則是圓柱繞流問題在實際工程領域中的核心所在。因此，探究其流動機理及相關物理特性，并以此為依據(jù)采取有效措施對流動實施控制，對于實現(xiàn)減阻、抑制渦激振蕩和強化傳熱具有十分重要的意義。本文采用被動控制方法，在圓柱上、下分離點處各開設一狹縫，并連通至后駐點，通過尋找適合的幾何參數(shù)，實現(xiàn)對圓柱繞流尾流的控制，并有效減小繞流圓柱所受的阻力。本文采用計算流體力學（CFD）方法，基于有限體積法，針對粘

3、性不可壓縮開縫圓柱繞流問題，通過數(shù)值模擬，考察了當60≤Re≤200時，狹縫寬度與圓柱直徑比sD=0.01~0.1范圍內(nèi)開縫圓柱的繞流流動及傳熱特性。同時，著眼于圓柱繞流由二維向三維轉(zhuǎn)變的過程，對開縫圓柱在Re=200、230、250和1000時分別進行了三維數(shù)值計算，探究了狹縫對于圓柱繞流二維特性的維持作用。數(shù)值計算結果顯示：60≤Re≤200時，在一定范圍內(nèi)開縫圓柱所受到的繞流升阻力均低于未開縫圓柱，圓柱表面渦脫落被有效抑制，其中當

4、sD=0.02D時，效果最為顯著。圓柱表面的綜合傳熱性能隨狹縫寬度的增加而顯著提高，且Re數(shù)較低時效果更為明顯。當Re=60時，縫寬為0.1D的開縫圓柱相比于未開縫圓柱，其綜合傳熱性能增幅可達29.1%。此外，在一定Re數(shù)范圍內(nèi)，縫寬為0.02D的開縫圓柱加速了尾渦向三維流動的轉(zhuǎn)捩過程。而當縫寬增至0.1D時，開縫圓柱對尾跡旋渦三維特性的出現(xiàn)具有有效的抑制作用。但當Re數(shù)增大至亞臨界區(qū)時，開縫圓柱加劇了流體的三維流動，并將能量消耗分散至