湍流边界层内钝体扰流的流动与传热特性

应用大涡模拟方法对小尺度开缝圆柱涡流发生器强化传热和流动减阻的机理进行研究。水平开缝圆柱置于充分发展湍流边界层内,分析不同间隙比对开缝圆柱尾流、湍流边界层拟序结构以及槽道底面流动与换热特性的影响。为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将矩形空槽道的计算结果与前人直接数值模拟结果及与采用相关准则关系式所得结果进行对比。计算结果表明:湍流边界层内钝体扰流的尾迹流与壁面边界层的相互作用能够显著提高槽道的换热性能。与未开缝的基准圆柱相比,间隙比小于2.0时,开缝圆柱通道的整体热性能较好;间隙比为2.0时,其综合性能系数最大;间隙比大于2.0时,整体热性能较差。与矩形空槽道相比,最大努塞尔数可提高17.45%,最小摩擦因数可减小4.94%。

小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

应用大涡模拟对设置小尺度圆柱涡流发生器矩形槽道底面的流动与传热特性进行研究,小尺度圆柱涡流发生器置于湍流边界层内。分析不同间隙比对槽道流动结构、槽道底面Nusselt数、摩擦因数以及综合性能系数的影响。此外,采用大涡模拟所得槽道计算结果与前人直接数值模拟结果一致性很好,验证所采用数值方法的准确性与可靠性。研究结果表明,与未设置小尺度圆柱涡流发生器的矩形槽道相比,设置小尺度圆柱涡流发生器槽道底面的换热性能可以得到显著提高,同时其流动阻力的增加亦得到有效抑制。当间隙比为2.0时,槽道底面换热性能最佳,其Nusselt数可提高18.76%;而当间隙比为0.5时,槽道底面减阻效果最佳,摩擦因数可减小3.77%。