迪恩涡运动规律的数值研究

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1、第23卷第3期湖南工业大学学报Vo1．23NO．32009年5月JournalofHunanUniversityofTechnologyMav2009迪恩涡运动规律的数值研究朱辉，湛含辉，李灿，彭彪(湖南工业大学，湖南株洲412008)摘要：借助数值方法，在极坐标和笛卡尔坐标系下对迪恩涡运动进行了数学描述，在此基础上，以长500mm、管径50mm的90o弯管为例，从径向速度、轴向速度和速度环量3个因素出发，在不同的迪恩数下对弯管中迪恩涡的运动规律进行数值模拟。结果表明，径向速度在15o～75。截面上变化较小，而在入口和出口处则有剧增现象；轴向速度在整个弯管段呈近似波状变化；速度环量随迪恩

2、数的增大呈近似抛物状变化。关键词：迪恩涡；90。弯管；迪恩数；数值模拟中图分类号：TB126文献标志码：A文章编号：1673—9833(2009)03—0058—05NumericalInvestigationontheCharacteristicsofDeanVorticesZhuHui，ZhanHanhui，LiCan，PengBiao(HunanUniversityofTechnology，ZhuzhouHunan412008，China)Abstract：MathematicsdescriptionsofDeanvorticesmovementswereperformedunde

3、rpolarcoordinatesandCartesianCoordinatesrespectivelythroughnumericalmethods．Andonthebaseofthemathematicsdescription，numericalsimulationwascarriedouttostudythecharacteristicsoftheDeanvorticesfromtheradialvelocity，axialvelocityandcirculation．Theresultsshowedthattheradia1velocityvariedslowlyinthecur

4、vedpipesbetweenthecross。section15。and75。．whileincreasedsignificantlyintheinletandoutletofthepipe，andtheaxialvelocityassumedwavyvariationinthewholecurvedpipe，whilethecir6ulationassumedparabolicvariationastheincrementofDeannumber．Keywords：Deanvortices；90。curvedpipe；Deannumber；numericalsimulationO引昌

5、涡的强度准则数一一迪恩数，从而得出了影响迪恩涡的因素；J．Eustice【5认为对于弯管流体运动，不存在弯管广泛地存在于工业应用领域中，如风机盘临界速度，在流体运动过程中也不会出现压头损失的管、u形管换热器、各种流体管网等。由于曲率效应剧增，并在实验结果的基础上提出了其可能的原因在的作用，在一定条件下弯管内可能产生迪恩涡，使管于管内流线型运动的微扰作用导致的流体不稳定。后内速度场、压力场发生变化。迪恩涡的产生使流体运来的学者从迪恩涡的传热、传质、剪切等性能出发，利动过程中阻力产生的能量损耗增大⋯；另一方面，迪用数值模拟以及LDV法对迪恩涡的流场分布也进恩涡能在避免湍流的情况下提高流体的传

6、质和传热性行了研究。能]，因此，迪恩涡运动是一种利害兼备的流体运动。迪恩涡既可以引起较高的流动阻力，也能提高流以w．R．Dean『3为代表的国外学者对迪恩涡进行体的传热、传质性能。因此，研究迪恩涡的运动规律，了早期的研究。w．R．Dean在研究弯管流体运动时发现对于弯管流动的减阻设计、流体的强化传热、强化传并验证了迪恩涡的存在，通过数值分析，提出了迪恩质等有一定的理论指导意义。收稿日期：2009-04-20基金项目：国家自然科学基金资助项目(20876037)作者简介：朱辉(1983-)，男，湖南常德人，湖南工业大学土木工程学院硕士研究生，主要研究方向为二次流强化传热技术，E—mai1：

7、zhuhui2009@foxmail_com第3期朱辉，湛含辉，李灿，彭彪迪恩涡运动规律的数值研究591迪恩涡的运动形式述的迪恩涡运动)为：迪恩涡是一种常见的物理现象，是在离心力的作(r)+-o，用下弯管中的粘性流体在一定的主流速度下所产生的一对按一定规律运动的反向对称涡旋(见图1)。三}莩鲁二+】=G(+r，二乏2，-一》]，c一2p鲁一式中：物质导数=；G为沿管流方向的压力梯度，G：一。图1迪思涡运动rdFig．1Thesche