关于湍流的论文

第41卷增刊1

2001年11月

大连理工大学学报

JournalofDalianUniversityofTechnology

Vol.41,S1Nov.2001

文章编号:100028608(2001)S12S0050205

自然对流对螺旋管内湍流对流换热影响

李隆键,辛明道

(重庆大学工程动力工程学院,重庆　400044)

摘要:采用控制容积有限元法对有自然对流影响的螺旋管内三维湍流对流换热问题进行了

数值分析研究.螺旋管内湍流对流换热利用RNG 2Ε湍流模型进行模拟,平衡壁面函数法处理.数值迭代计算过程中,利用IMPL.塞尔数的影响.

关键词:;:文献标识码:A

　　在实际运行中,螺旋管换热设备大都免不了

加热和冷却.在加热或冷却情况下,由于浮力作用产生的自然对流必然会改变螺旋管内的流动结构,进而改变流体的换热性能.对螺旋管内有浮力影响的层流混合对流换热进行理论分析和实验研究的有Yao、Berger[1]、Lee等[2]、Sillekens[3]以及Goerning、Humphery[4]等,他们都各自得到了层流时离心力和浮力相互影响的分区图.其中,Sillekens的分析中引入了一个无因次准则数(DnGr

1+Pr)来度量浮力驱动的二次流与

离心力引起的二次流之间的相对关系,并且对螺旋管内的层流混合对流换热进行了数值分析和实验研究.然而对螺旋管内湍流混合对流换热的研究报道极少.本文采用数值分析方法研究螺旋管进口段内有自然对流影响的湍流混合对流换热,用适合于大的流体应变的RNG 2Ε湍流模型来考虑湍流流动传热.

1　螺旋管内湍流混合对流换热的物

理数学模型

　　工程上实际使用的螺旋管换热器一般由具有一定螺旋节距的盘管组成.在绝大多数工程实际中,螺旋盘管的螺旋节距一般小于螺圈半径,因此,螺旋节距的影响往往忽略不计,即研究对象为水平布置的弯曲管.本文所取的螺旋管计算区域　　

).这主要是便于确定离散区域及接近一圈(355°

边界条件.管子直径dh=2a,螺圈直径D=2Rc,则螺旋管的曲率为 =dh D=a Rc.流体以均匀速度uin和均匀温度Tin进入管口,管壁温度维持恒定值Tw,进入管口后,流体速度和温度边界层同时发展.

螺旋管内湍流混合对流换热控制微分方程中浮力项的处理采用Boussinesq假定.选择Yakhot、Orazag[5]提出的重正化组(renormalizationgroup,简称RNG) 2Ε湍流模型模拟螺旋管内的湍流对流换热.由于RNG模型提供了计算湍流普朗特数Prt的解析式,以及分析推导得出湍流有效粘度的微分格式用以考虑低雷诺数影响,在广泛的流动范围它比标准 2Ε湍流模型更精确可靠.RNG湍流模型与标准 2Ε湍流模型有同样的形式.在笛卡尔坐标系中(如图1所示),以张量形式表示的湍流混合对流换热控制微分方程如下:连续性方程

(1)5ui 5xi=0

动量方程

(uiuj)=Λeff+-Λeff-Θxjxjxjxi3x(2)+ΘTin)0giΒ(T-xi

收稿日期:2000205208;　修回日期:2001205217.

基金项目:教育部博士点基金资助项目(1999061101).

作者简介:李隆键(19662),男,工学博士,副教授;辛明道(19362),男,教授,博士生导师,重庆大学工程热物理研究所所长.