斯特林循環(huán)中截面突變管及彎管內(nèi)振蕩流動特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、斯特林發(fā)動機熱源適應(yīng)性好，在小型原動機中熱效率高，在太陽能發(fā)電、分布式發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。斯特林發(fā)動機中存在著大量的截面突變和彎管結(jié)構(gòu)，其在振蕩流工況下的流動阻力不容忽視，對其開展系統(tǒng)研究可為斯特林發(fā)動機的優(yōu)化設(shè)計與運行提供重要參考。
　　本文采用直接數(shù)值模擬（DNS）與雷諾平均模擬（RANS）方法對截面突變的振蕩流場進行了模擬，分析了流動阻力系數(shù)隨振蕩流頻率的變化。通過與實驗數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)DNS的模擬結(jié)果更加可靠，

2、誤差為6％-12%。根據(jù)DNS模擬得到的數(shù)據(jù)，提出了流動阻力系數(shù)與最大雷諾數(shù)的擬合關(guān)聯(lián)式：f=24.819(RE/100)+0.531(rE/100)2-9.2662(rE/100)+64.713(200≤Re≤1000)fh=16.3(Re＞1000)
　　研究結(jié)果表明，在相同振蕩頻率下，截面突變結(jié)構(gòu)的流動阻力系數(shù)隨著截面直徑比值的增加而增加，循環(huán)平均阻力系數(shù)與直徑比的關(guān)聯(lián)式為：fh=24.819(d2/d1)2-84.287(

3、d2/d1)+78.983(500＜Re＜900)
　　對于彎管結(jié)構(gòu)而言，在相同頻率下，隨著曲率半徑在一定范圍內(nèi)增大，阻力系數(shù)有減小的趨勢；在曲率半徑相同時，隨著振蕩頻率增大，對應(yīng)的阻力系數(shù)減小。對于一個循環(huán)周期內(nèi)截面突變結(jié)構(gòu)及彎管結(jié)構(gòu)的流場變化，在不同相位下，二者流場存在顯著差異。截面突變結(jié)構(gòu)在某些相位下出現(xiàn)了“速度環(huán)”、“滯止環(huán)”、“軸向速度斷層”、“徑向速度斷層”等現(xiàn)象，而彎管結(jié)構(gòu)則出現(xiàn)了“滯止區(qū)”、“滯止帶”等現(xiàn)象。