常热流密度矩形管内层流对流换热系数的数值计算.pdf

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1、第31卷第2期能源技术Vo1．31No．22010年4月ENERGYTECHNOLOGYApr．2010常热流密度矩形管内层流对流换热系数的数值计算董韶峰，李荫堂(1．华北水利水电学院环工系；2．西安交通大学)摘要：利用数学模型的数值计算探讨了常热流密度条件下矩形管内层流对流换热表面传热系数随流速的变化规律。通过一个算例计算，并给出了该算例的表面传热系数与水流流速的拟合式。根据计算结果发现，对流换热表面传热系数随管长逐渐减小，之后稳定在某个数值，其分布类似外掠平板层流对流换热；流速也影响表面传热系数的大小；而热流密度对换热效果没有影响。把算例的结果与传统的等效直径圆管算法比较，发现后者的误

2、差较大。关键词：常热流密度边界条件；层流；矩形通道；最小二乘法中图分类号：TK124文献标志码：A文章编号：1005—7439(2010)02—0070-03NumericalSimulationaboutConvectionofLaminarFlowThroughRectangularPipeunderConstantHeatFluxDONGShao-feng1，LIYin-tan~(1．EnvironmentalengineeringDepartment，NorthChinaUniversityofWaterConservancyandElectricPower，Zhengzhou45

3、0011，China；2．EnvironmentalengineeringDepartment，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Thesurfaceheattransfercoefficientoflaminarflowrhrougharectangularpipeunderaconstantheatfluxboundaryconditionisdiscussedinthispaper．Thecoefficientdecreaseswiththeincreaseofthepipelengthatfirstandthenr

4、eachesarelativeconstantvalue．ThisdistributionprofileiSsimilartotheconvectionof1aminarflowoveraplaneverymuch．Themeanvelocityaffectssurfaceheattransfercoefficientespeciallyattheentrancestage．AnapproximateformulaabouttheseisputforwardbyusingtheLeast-squaresmethod．Theheatfluxhasnoeffectontheconvection

5、．Keywords：constantheatfluxboundarycondition；laminarflowrectangularpipe；least-squaresmethod圆管内流动的对流换热作为常用的传热方式应面见图1，中4个边代表通遁壁囱，内邵为流体，用领域非常广泛，经过多年的研究它的传热模型已本文计算区域为2minx5mmX20000mm的三维经比较成熟，特别是其中的圆管内紊流的对流换热空间。现象[，已有的求解方法目前已经被普遍接受。在对应的微分方程为引：工程中，经常遇到矩形管内冷却问题，对流换热强弱+8uwaU一v-d一是+十(I嘉+十孝+十等)J对整个冷却效果影响显著。对

6、于矩形通道内流动的“+3v8v一研究，目前一般采用当量直径转换成圆管的方法求“dv．’w一+十号(I象+十雾+十嘉)J解，本文将利用数学模型和数值计算的方法，讨论常“+Ow+Ow“瓦十_d_vdz一一一蔬+十(＼学+十-g7+1-磐)／热流密度条件下矩形管内层流流动换热的问题，并用一个算例与采用当量直径方法的结果比较。“+十等+十瓦=a(I罄+十等+十警)／l数学模型式中：，Y，为三个方向的位置坐标，m，，，w为作为计算对象的矩形管，某个位置的流通横截三个方向的速度，m／s，T为热力学温度，K，为水·70·董韶峰等：常热流密度矩形管内层流对流换热系数的数值计算2．2流速的影响当热流密度不变

7、，矩形管内的水流的平均流速在0．4460，0．4014，0．3568，0．3122，0．2676，0．2230和0．1000m／s时，利用上述数学模型计算的表面传热系数结果见图3。图1计算模型横截面童≥的动力黏度，549．4×10Pa·s；10为水的密度998．1kg／m3；口为水热扩散率，15．7×10m／s，P为静压，Pa。计算取四边在速度上为无滑移边界条件，四边热流密度为常数。本文借助fluent计算软件，采用图3