射流强化不同曲率螺旋通道换热的数值模拟

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yongheng0106
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圆形截面螺旋通道作为目前常见的曲线通道换热器,广泛应用于化工、航天等领域。本文采用射流冲击的方式强化了圆形截面螺旋通道内的流体流动与换热,基于计算流体动力学软件Fluent进行数值计算,并将数值分析结果与已有实验结果作对比,以验证本文数值模拟方法的准确性,分析射流参数与螺旋通道曲率对流动与换热的影响。本文探究了不同射流速比(εj)及入射角(α)作用下,不同曲率圆形截面螺旋通道内的涡旋结构、复合流场、流动阻力及壁面换热特性,从综合强化换热因子角度进行综合评价,并基于场协同原理揭示其强化传热机理。此外,本文考察了不同参数射流消耗外界能量的情况。研究结果表明:射流冲击圆形截面螺旋通道内壁面时,通道内会产生一对与Dean涡旋转方向相反的射流诱导涡,在施加射流的初始阶段,两对涡旋相互抑制,当射流速比较大时,射流诱导涡能够完全抑制Dean涡的发展。射流的冲击作用会有效减小温度场与速度场的协同角从而强化壁面换热。在螺旋通道中,射流半值宽沿流动方向不断增大,并且随射流速比的增大而增大。增大射流速比、减小射流入射角均会起到增大流动阻力和强化壁面换热的作用。在α=45°、εj=5的工况下,射流复合圆形截面螺旋通道强化换热相对于单一螺旋通道会使局部努谢尔数最高可提高5倍,平均努谢尔数最高提升60%。基于射流前螺旋通道流量,射流冲击内壁面获得的综合强化换热因子JF范围是1.26~1.67;基于射流后螺旋通道流量,射流冲击内壁面获得的JF范围是1.008~1.417。此外,增大螺旋通道的曲率会缩短射流的冲击距离,强化螺旋通道内壁面的换热强度。并且壁面射流区的范围也随曲率的增大而增大,因此较大曲率的螺旋通道有利于壁面的换热。
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