小尺度圆柱涡流发生器的流动与换热特性数值研究

Numerical Study on Flow and Heat Transfer Characteristics of Small-scale Cylindrical Vortex Generator

为研究小尺度圆柱涡流发生器对矩形流道内流动和换热的特性影响,采用数值模拟方法,重点关注流动参数和结构参数,即流道进口雷诺数Re,发生器的间隙比G/D及直径D。为体现通道内流动和换热过程的特征,用流场、壁面剪切力和对流换热系数来描述流动特性和评价换热表面的换热效果。研究结果表明:发生器直径和间距比都不变,增大进口雷诺数,发生器后脱落流体的扫动强度增加,壁面的整体换热效果都得到显著的提升,但壁面的剪切力大幅度增加,通道流动阻力升高;发生器直径不变,间距比从0.5增加到6,发生器所在区域的壁面剪切力和对流换热系数分别减小50%和20%,在发生器后,流体对壁面影响减弱,换热效果有所下降;间距比不变,发生器直径从2 mm增大至12 mm,发生器后脱落的流体扫动区域增大,高换热区域面积增大一倍,发生器下游壁面换热效果整体得到提高。