内环肋管道中湍流流动与换热的数值模拟马良栋，孙德兴，张吉礼哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090，18.1加1.6山。，1性对换热的影响，包括阻力因子和换热系数随雷诺数肋高比和肋距比的变化关系。结果明，努谢私特数随雷诺数的增大近似线性增大，在肋高与管径之比为00402，办=2000070000内，肋间距与管径之比为8时，阻力系数与努谢尔特数将达到*大。从而得到确定内环肋管道换热规律的重要依据。关键词环内肋管道；湍流；数值模拟强化传热是实现换热器高效紧凑换热的主要途径，其庙本兀件的开发研究直备受关注环内肋管道是种通过改善流体流动状态来达到强化传热目的的传热7件。文献2，4对环状内肋管道的湍流流动阻力和换热特性进行了数值模析环内肋管道的儿何结构和流动状态付阻力因子和换热特性的影响关系，探索其般规律。 1数理模型与计算方法内环肋管道的几何模型1.为管拟。这些模拟计算的重点是研宄离散格式或湍流模型的适用性，因此只是针对特定的某几何结构进行分析，没有在广泛的范围内进行大量的数值试，而且部分计算还忽略肋片役付流动叭力与换热的影响。木文考虑了肋役，着重分道直径，为肋距，7为肋高，疋为肋宽，中反斜线阴影部分为计算单元内环肋管道的流动特性由两个参数控制，即肋高比和肋距比。本文计算中管道的肋高比丑的变化从，412，肋距比户丑的变化从430，肋高与肋宽相等即，=丑。湍流模型采用高雷诺数人模型和壁面函数法定义长度尺度及各物理量的无量纲变量为基金项目哈尔滨工业大学科学研究基金资助项目。 孙德兴19迫，男，博士，教授，博士生导师。分发展流动与换热的通用变量控制方程为心分别为0变姑的扩散系数及源项。 周期性充分发展几何通道动量方程厂方程及方程的边界条件为4=0对称线上孓=0，其他各变量，=0. 进出口。0，7=0尤+尸，7，0为无量纲温度其定义及在计算过程中进出口相互迭代的实施方法文献厂7，固体边界上。77=7对称m±。dTdR=采用控制容积法对控制方程进行离散，用，册算法来解决速度与压力的耦合问。对位于流场中体面欺面函数法的实施文献8.而对于煳期性进1条件采进出口相冗涔代的方法来实现。迭代计算收敛标准为要求在内贫点上的连续性方程余量的代数和与参考质量流量和的比值尺和107. 2流场分析流场通过流函数反映，2给出了当办= 50000时，在不同几何结构下流函数的分布情况。 从2可以看出，在计算区域内，流线只在肋附近由于肋片的作用发生弯曲，而在肋顶端到管道中心区域，流线与主流方向几乎平行。在肋附近随肋距比的增大而增大，但肋距比增达到定程度时，其回流长度不再变化。肋距比较大时，2；1.肋前回流区较小。随肋距比减小。如阁2肋前沿的回流越，越即肋之间完全充满了回流流体。流场的这种分布特性对于管3流动状态和几何结构对流动阻力与换热的影响光滑管的阻力因子与雷诺数之间的关系按布拉修斯关系式计算。从中可以看出，随雷诺数的增管的值。4是努谢尔特数4工诺数之间的关系。 由可知，努谢尔特数随雷诺数增加而增加，这说明肋管道换热能力随流动状态的改变而改免流体湍流程度增强，换热能力明显增强。中给出了光滑管的努谢尔特数随雷诺数的变化，可随雷诺数增大时，肋管的换热能力明显强于光滑管道。 5，=18计贫值对于内环肋管道。肋距比足影响其流动阻力与强化换热的重要参数之。5给出了肋高比好0=0.05，计算拖=50000时阻力系数随肋距比的变化关系。从阁中可以看1.肋距比8时。 叭力系数随肋距比的增大而增大。但当肋距比8之后。阻力系数随肋距比的增大而减小。即当尸好=801环肋管道的阻力系数*大。 系。从中可以看出。换热系数随肋距比的变化关系同阻力系数是样的。在肋距比8时，努谢尔特数随肋距比的增大而增大。似肋距比8之后，努谢尔特数随肋距比的增大而减小。肋距比很小时阁21.计算区域内流场可分为两个部分，个是管道壁面和肋之间的回流区，另个是从对称线到肋顶端之间的平，流域。这部分流体类似于光滑管的流动。因此个流体快速冲刷过肋片时。肋之间的旋涡形成滞流区域导致主流与壁面分开。从而削弱换热。然时随肋距比的增大。主流流体与壁面参与了充分的换热。从而换热强度有所局，1纠制，时。由于肋前的回流区减小，这时边界层几乎延迟到肋前沿，肋对流动和换热的影响变弱。从而导致换热系数肋岛比足影响其流动阻力与强化换热的又重要参数。取管道肋距比尸=102030作为分析对象，计算雷诺数为50000.7给出了阻力系数随肋高比的变化关系，从中可以看出，阻力系数随肋高比的增大线性增大。当肋高比较大时，在相同的条件下。肋距比对阻力系数影响较大。8是努谢尔特数随肋岛比的变化关系。由可知。努谢本特数随肋高比的增大以指数形式增长。主要由于在相同肋距比的条件下，肋高比越大，流场扰动下转第5页编辑刘彤上接第439页越强烈且回流区域增大。因此流休壁面进亍了充分换热。从而换热增强。并且相，条件下。肋高比较大时。肋高比对努谢尔特数的影响较大。 4结论揣流流动特征对内环肋竹道的张化换热有似大的影响。在计算的范围内，几何结构定时，阻力系数随雷诺数的增大几乎没有改变，而努谢尔特数随雷诺数的增大而增大。肋高比和雷诺数定时，户丑=8时阻力系数和努谢尔特数*大。 在肋距比和雷诺数定时，阻力系数和努谢尔特数随肋高比的增大而增大，并且丹5，5之后，阻力系数努谢尔特数随肋距比的变化率增人。 1仇性启，李华玉，陈产泽，等。纵向翅片管管外换热与阻力特性的试验研宄1石油机械。2001.2938陶之铨。数值传热学肘。第2版。西安叫女文地尺，1版社，2001. 编辑姚向红