沟槽壁面对泰勒涡流稳定性影响的数值模拟

利用CFD数值模拟方法对光滑壁面与沟槽数量为18的2种同心圆柱模型内的泰勒-库艾特流动进行计算,在对比光壁模型的PIV试验与CFD数值计算结果后,发现两者吻合良好,验证了文中采用数值计算方法的准确性;针对泰勒涡流流态,定量分析了光壁模型R-Z平面上径向速度以及轴向速度的周期波动性,讨论了环隙中不同径向位置的径向以及轴向速度分布规律,获得了泰勒涡胞尺寸随着Re数增大而减小的变化规律;在相同的Re数下,沟槽数量为18的模型内也出现了泰勒涡流,通过比较2种不同结构模型内流场以及涡量场,发现沟槽的存在显著改变了流场分布,增大了环隙内涡量的大小及泰勒涡胞的尺寸,环隙中部指向外圆柱方向的径向速度也较光壁模型增大了20%,同时,计算获得R-θ平面内沟槽区域的流场分布表明该区域存在着明显的旋涡运动.

沟槽数量对泰勒涡流稳定性的影响

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对光滑壁面和沟槽数量为18的模型内的流场进行测量,初步获得沟槽的存在对于环隙内流场的影响规律;同时利用数值计算获得沟槽数量为18的模型内的流场分布,通过对比试验结果和数值模拟结果,验证数值计算方法可靠性。通过数值计算研究沟槽数量0、6、12、18模型内的流场分布,在比较沟槽模型与光壁模型环隙内的速度场和涡量场的基础上,得出以下结论:较少的沟槽数量增加了泰勒涡的轴向尺寸,随着沟槽数的增加,沟槽结构对流场影响不断加剧,环隙内最大径向速度和轴向速度均有不同程度的增加;对比不同轴向位置的流场分布,发现沟槽区域内存在明显的旋涡流动,不同轴向位置沟槽内的流体存在着进出环隙内的运动。

沟槽深宽比对泰勒涡流影响的研究

本文采用数值模拟研究了同心圆柱环隙内的泰勒涡流,利用PIV实验结果验证了模拟结果的可靠性。为掌握沟槽尺寸对环隙内流场及其传热过程的影响规律,本文研究了四种不同深宽比模型内的流场及温度场分布,通过对比不同模型的计算结果,获得如下结论:环隙间存在恒定温度梯度时,随着深宽比增加,泰勒涡轴向尺寸逐渐增加;深宽比影响了环隙内流体的径向速度分布,当深宽比为0.75时流体的径向速度最大;深宽比为0.75时内圆柱壁面热流密度最大,当深宽比大于0.75并继续增加时,环隙内流体的传热性能并没有得到明显加强。综上所述,本文所研究的4种不同深宽比的模型中,深宽比为0.75的模型具有最优的传热效果,沟槽深度在一定范围内能够强化流体与壁面之间的对流换热。