泰勒库特流数值模拟方法的研究

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1、分类号学号UM200970877学校代码U10487U密级硕士学位论文泰勒库特流数值模拟方法的研究学位申请人：吴波学科专业：热能工程指导教师：王坤副教授答辩日期：2012年1月6日AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringThemethodofnumericalsimulationstudyontheTaylor-CouetteflowCandidate：WuBoMajor：ThermalEngineering

2、Supervisor：AssociateProf.WangKunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位

3、论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文0B摘要两圆柱体之间的流体流动在内圆柱体转速增加时会显著增加流体状态的复杂性，其复杂多变的流动形态统称为泰勒

4、库特流，其流动形式如：层流泰勒涡、波状泰勒涡、螺旋泰勒涡、螺旋波状泰勒涡、随机波状泰勒涡等长期以来都是许多研究者的关注焦点。泰勒库特流在流体从稳定的层流流动发展到完全湍流的过程中，表现出了典型的非线性动力学行为，因此对此现象的研究具有重要的理论意义。另外，泰勒库特流在工程也能有很多的应用，然而目前仅在化工方面有工程应用的研究，所以对于泰勒库特流流态与换热的分析对于工程应用也有重要意义。本文总结了如何运用FLUENT软件对泰勒库特流的各种流态以及换热进行数值模拟的方法，对数值模拟过程中网格模型、边界条件的实现、湍流模型的选择、时间步长以及收敛等

5、问题展开分析，给出了成功模拟泰勒库特流的解决方案。另外，运用FLUENT软件对泰勒库特流的流态及换热进行数值模拟分析。泰勒库特流流态的数值模研究拟主要包括库特流、层流泰勒涡、波状泰勒涡、螺旋泰勒涡、螺旋波状泰勒涡、随机波状泰勒涡、湍流泰勒涡以及湍流从最初到完全湍流的发展过程等不同流态的实现和结果分析。泰勒库特流的换热分析主要是针对已有的试验研究结果运用数值模拟的方法对其进行相应的研究，并将数值模拟方法所得结果与试验结果进行比较。本文研究的第三部分内容是运用FLUENT软件，通过对带凹槽结构与内壁面光滑两种模型流动与换热情况的对比，分析带内壁面

6、带凹槽结构时对泰勒库特流流动与换热的影响。其几何模型参照瑞士ALSTOM320MW发电机转子定子气隙模型进行建模，为将泰勒库特流应用到发电机气隙冷却应用做铺垫。关键词：泰勒库特流，数值模拟，流态，换热，凹槽结构I华中科技大学硕士学位论文1BABSTRACTThecomplexityofthefluidstatebetweentwoco-axialcylindersincreasedsignificantlywithincreasingtherotationalspeedoftheinnercylinder,andallofthecomplex

7、fluidstatesareknownasTaylor-Couetteflow.ThefluidstateincludinglaminarTaylorvortex、wavyTaylorvortex、helicalTaylorvortex、helicalwavyTaylorvortex、randomwavyTaylorvortexandsoon,whicharealwaysthemarkedfocustotheresearchersforalongtime.Intheprocessofthefluidflowfromasteadylaminar

8、flowtothefullydevelopedturbulence,theTaylor-Couetteflowshowsatypicalnonlinearbehav