缩放管内脉动流动对流换热的数值模拟研究.pdf

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1、D设esignR、研esea究rch、&分Ana析lysisIl2016&第’期、缩放管内脉动流动对流换热的数值模拟研究王红兵，卿德藩，刘升学，朱茂葵，李浩翔(南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：通过数值模拟计算，研究在不同脉动频率、脉动振幅下的管内流体脉动对缩放管的传热和阻力的影响。研究结果表明：管内流体脉动能够强化缩放管的传热效果，相比稳态时，传热被强化了约为16％；管内流体脉动在一定条件下。也会增大缩放管的沿程阻力。关键词：数值模拟缩放管脉动传热中图分类号：TK172．4文献标识码：A文章编号

2、：1002—6886(2016)05—0035—04Numericalsimulationofconvectionheattransferwithpulsatileflowintheconvergent-·divergenttubeWANGHongbing，QtNGDefan，LIUShengxue，ZHUMaokui，LIHao~angAbstract：Theeffectsofpulsatileflowonheattransferandresistanceoftheconvergent—divergenttub

3、eunderdifferentpulse~equeneyandpulseamplitudewerestudiedthroughnumericalsimulation．Theresultsshowedthatheattransferoftheconvergent—divergenttubewasenhancedbythepulsatileflow(about16％comparedwithsteadyflow)，andresistanceoftheconvergent——divergenttubewasincreas

4、edbythepulsatileflowundercertainconditions．Keywords：numericalsimulation，convergent—divergenttube，pulse，heattransfer本文运用Fluent软件对恒壁温条件下缩放管内0引言脉动流的对流换热进行数值模拟分析，探讨脉动流缩放管是一种典型的强化换热元件，由多节渐是否可以增强缩放管的传热效率以及脉动频率和振缩段和渐扩段组成。缩放管具有制造成本低，不易幅对换热的影响。结垢等优点，广泛应用在石油、化工等领域。国内外1

5、模型很多学者对缩放管管内传热和阻力特性进行了大量研究，所有结果都表明缩放管具有显著的强化1．1几何模型传热性能。本文缩放管采用先缩后扩结构，取缩放管内径脉动流是指相关参数按照正(余)弦周期变化D：20mm，管长L：1000mm，节距P=12mm，收的流体。一般认为，脉动流可以改变边界层的厚度，缩段长度P=8mm，扩张段长度P=4mill，肋高e防止壁面结垢，进而有效地使热阻减小，能达到强化=1mm。为了使流体充分地进出缩放管，在缩放管传热的目的。脉动流和换热器相结合进行强化传进出口各增加长度为50mm的直管段。为

6、了简化热，在工业中应用并不多。各研究人员对脉动流能计算，假设如下：否实现强化传热也还没有取得一致的结论。Mack—1)流体的物性为常数；leyMR等认为脉动流能够增强传热。而聂思2)流体为不可压缩；皓对波纹管管内流体脉动的对流换热情况进行3)忽略重力的影响；了数值模拟，KimSeoYoung对水平通道内流体脉4)壁面速度无滑移；动的换热效果进行了研究，两者结果都表明脉动流5)忽略周向的速度、温度和压力等的变化。既可以加强传热也可以减弱传热。因为缩放管内流动与换热为轴对称分布，为简·35-观代锻lMⅪodern珂化

7、问题，取缩放管轴线上侧为研究对象，所以问题简式中：为入口流体的瞬时速度，m／s；u为稳态人口化为二维、非稳态、常物性、轴对称换热与流动问题。速度，m／s；为脉动流振幅为脉动流频率，Hz。计缩放管结构示意图如图1所示。算时，“。=2m／s，A分别取0．1，0．3，0．5，0．7，0．9i厂分别取1Hz、2Hz、5Hz、8Hz、10Hz。平均对流传热系数由下式定义为：=㈩式中：k为壁面平均对流换热系数，W／(m·K)；g图1缩放管结构示意为管内流体的质量流量，kg／s；c为流体的比热容，1．2数学模型及边界条件J／(

8、kg·K)；At为流体进出口温差，K；A为换热面积，根据以上相关假设，模型被简化成二维，只在m；AT为流体与壁面的对数平均温差，K。和Y方向有投影，故可写出方程组如下[9]：定义沿程阻力损失为：质量守恒方程：，：(6)塑++：0(1)pgd￡x式中：卸为管进出口压降，Pa为水的密度，kg／m；动量守恒方程：g为重力加速度，N／kg。f(些2+i些)+宣()为了分析流体脉动