圓管螺旋流的流動與傳熱數(shù)值模擬(編輯修改稿)
2024-12-12 02:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 e=4174) 從圖 4可以看出 : (1)軸向速度在入口處基本從中心向兩側(cè)管壁逐漸 增大隨著旋流向下發(fā)展呈現(xiàn)相反的規(guī)律 .軸向動量主要 熱能工程工業(yè)加熱》第 36卷 2020年第 3期 集中在管中心處 ,在管壁處具有最小值 ,軸向速度呈單 峰型分布 ,隨著旋流向 下發(fā)展軸向速度分布曲線愈來愈 i『Ⅱ平坦 . (2)切向速度以管道中心為軸的對稱分布 ,從中心 向兩側(cè)管壁逐漸增大 ,這種對稱并不是嚴(yán)格的軸對稱分 布 ,旋流中心與管道中心不重合 .隨著衰減峰值逐漸減 小且向軸線偏移 . (3)徑向速度近似以中點進行反對稱分布 ,隨著旋 流向下發(fā)展徑向速度分布曲線愈來愈加平坦 . 一 { O (4)絕對速度的分布規(guī)律與軸向速度分布類似 ,說 明軸向速度這三個分量中占統(tǒng)治或者主導(dǎo)作用 . (5)徑向速度與軸向及切向速度相比 ,在數(shù)量級上 看 ,要小 一個數(shù)量級 ,說明直徑方向的速度對整個速度 的影響很小 . (6)由于切向速度的存在 ,使得螺旋流的流線以及運 動結(jié)構(gòu)與管內(nèi)直流相比 ,發(fā)生了根本性的變化 ,同時存 在流體旋轉(zhuǎn)與流線彎曲 ,甚至存在回流 . 一 r/R (a)軸向 r|Rr|R (b)徑向 (c)切向 圖 4Re= 10導(dǎo)入管徑為 從圖 5可以看出 : (1)各個方向的衰減特性不同 ,軸向衰減速度大于徑 向 . (2)衰減的長度取決于切向速度以及軸向速度 ,同時 也就表明起旋的方式對于速度的衰減具有決定性的作用 . 一 般在 20殖右 ,螺旋流急劇衰減完畢 . (3)絕對速度衰減的擬合公式為 Uo=[ exp(】 軸向速度衰減的擬合公式為 /Uo=+[ exp()】 徑向速度衰減的擬合公式 v/Uo=+ exp(一 )+ exp(一 ) (4)從擬合公式以及衰減曲線來看 ,螺旋流的衰減 符合指數(shù)曲線的規(guī)律 .這為其 他形式的起旋方式的速度 衰減提供了方向 . — ◆ _一絕對速度擬合 — ■一絕對速度原始數(shù)據(jù) — ●一軸向速度擬合 一軸向速度原始數(shù)據(jù) — 卜徑向速度擬合 —— ?一徑向速度原始數(shù)據(jù) 20406O8O1 x/d 圖 5導(dǎo)入管徑為 ,Re=14910 各方向速度沿管長衰減及擬合曲線 ^分布特性分析 從圖 6～圖 7,可以看出 (1)螺旋流的局部明顯地要優(yōu)于無旋圓管直流 . 其原因為受較大的離心力 ,將流體向壁面方向移動 .與 此相應(yīng) ,在切向速度的作用下直接緊靠壁面的流體層將 向離開壁面的方向移動 .因此 ,在靠近壁面的流體層中 , 離心力的作用將使流體的湍流混合加強 ,這對于強化管 內(nèi)的換熱是有利的 . (2)在某一特定段內(nèi)螺旋流的局部急劇衰減 ,而 這個特定段的長度與 Re 有很大的關(guān)系 ,在同一條件下 , Re 不同 ,該長度不同 ,其隨 Re 數(shù)的變化成正比 .一般在 20d~右急劇衰減完成 . (3)小導(dǎo)入管的螺旋流的強化傳熱能力要大于大導(dǎo) 入管的強化能力 .其原因為受較大的離心力 .離心力的 作用將使靠近壁面流體的湍流混合加強 . (4)在不同的 Re 下 ,其余條件相同時 ,局部數(shù)具 有相同的分布形式 .差別在于數(shù)值的大小 . 圖 6不同 Re 下導(dǎo)入管徑為 M39。分布圖 29 }● rL● l1O654321O%168。168。 o /,l 熱能工程《工業(yè)加熱》第 36卷 2020年第 3期 圖 7導(dǎo)入管徑分別為 , 的螺旋流的局部努謝爾特數(shù)比較 由于邊界層難于繪出 ,轉(zhuǎn)化為速度梯度的形式來表 述 .從圖 8～圖 10,可以看出 : (1)螺旋流的靠近壁面的速度梯度的變化要明顯地 優(yōu)于無旋圓管直流 .從而間接說明了螺旋流的邊界層的 厚度要小于無旋圓管直流 .(2)小導(dǎo)入管的螺旋流速度 梯度的變化要大于大的導(dǎo)入管的螺
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