单根缠绕管绕流的二维数值模拟.pdf

《单根缠绕管绕流的二维数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、石油机械２０１６年第４４卷第２期ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ—１１１—◀炼油与化工机械▶∗单根缠绕管绕流的二维数值模拟刘博李庆生李淑恒（南京工业大学机械与动力工程学院）摘要：在横向流的作用下，ＬＮＧ绕管式换热器的缠绕管会因漩涡脱落而振动，从而影响换热器的安全运行。为此，通过数值模拟方法对该换热器中单根缠绕管进行绕流分析，借鉴圆柱体绕流方法研究ＬＮＧ缠绕管在雷诺数、管径和螺旋角的不同参数组合下，压力系数、脉动升力系数、漩涡脱落频率和斯特劳哈尔数的变化规律。研究结果表明，在θ＝７５°左右表面压力系数最小，在θ＝１２０°～１３０°时发生边界层分离；随

2、着螺旋角和雷诺数的增大，边界层分离点位置向后移动；随着管径增大，边界层分离点位置向前移动；漩涡脱落频率随雷诺数的增大而升高，随管径的增大而降低，螺旋角对漩涡脱落频率的影响不大；随着雷诺数的增大，斯特劳哈尔数先增大后减小，且最大斯特劳哈尔数为０?１８５。关键词：ＬＮＧ缠绕管；漩涡脱落频率；雷诺数；螺旋角；压力系数；斯特劳哈尔数中图分类号：ＴＥ９６５文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１６?０２?０２４２ＤＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｌｕｉｄＦｌｏｗａｒｏｕｎｄｔｈｅＳｉｎｇｌｅＳｐｉｒａｌＴｕｂｅ

3、ＬｉｕＢｏＬｉＱｉｎｇｓｈｅｎｇＬｉＳｈｕｈｅｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｌａｔｅｒａｌｆｌｏｗｗｏｕｌｄｌｅａｄｔｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｉｎｇｐｉｐｅｏｆｔｈｅＬＮＧｓｐｉｒａｌｐｉｐｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｄｕｅｔｏｖｏｒｔｅｘｓｈｅｄｄｉｎｇ，ｔｈｕｓｉｍｐａｃｔｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ?Ｔｈｅｆｌｏｗａｒｏｕｎｄａｓｉｎｇｌｅｓｐｉｒａｌｐｉｐｅｉｎｔ

4、ｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｈａｓｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｌｏｗａｒｏｕｎｄａｃｉｒ⁃ｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，ｖａｒｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｌｉｆｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｖｏｒｔｅｘｓｈｅｄｄｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅＳｔｒｏｕｈａｌｎｕｍｂｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅＬＮＧｓｐｉｒａｌｐｉｐｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｃｏｍｂ

5、ｉｎａ⁃ｔｉｏｎｓｏｆＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ，ｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｈｅｌｉｘａｎｇｌｅ?Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅａ⁃ｃｈｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｗｈｅｎθ＝７５°?Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓｗｈｅｎθ＝１２０°～１３０°?ＴｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｍｏｖｅｓｂａｃｋｗａｒｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｈｅｌｉｘａｎｇｌｅａｎｄＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ，ｂｕｔｍｏｖｅｓｆｏｒｗａｒｄｗｉ

6、ｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒ?ＴｈｅｖｏｒｔｅｘｓｈｅｄｄｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ，ｂｕｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｎｄｈａｓｂｅｅｎｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｈｅｌｉｘａｎｇｌｅ?ＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ，ｔｈｅＳｔｒｏｕｈａｌｎｕｍｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆ０?１８５?Ｋｅｙｗｏｒ

7、ｄｓ：ＬＮＧｓｐｉｒａｌｐｉｐｅ；ｖｏｒｔｅｘｓｈｅｄｄｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；Ｒｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒ；ｈｅｌｉｘａｎｇｌｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉ⁃ｃｉｅｎｔ；Ｓｔｒｏｕｈａｌｎｕｍｂｅｒ［１－２］重视。绕管式换热器的换热管是螺旋形状，其０引言结构紧凑，换热效率高，耐高压，可实现多种介质的传热。绕管式换热器的安全运行直接影响到整个随着我国对环境和能源问题的重视，天然气ＬＮＧ工厂。在横向流的作用下，缠绕管管束很容（ＬＮＧ）作为一种清洁能源逐步受到人们的关注和易振动。振动会引起换热管的碰撞、折流板切割换∗基金项目：江苏省自然科学基金项目“ＬＮＧ用缠绕

8、管式换热器设计”（２０１