2=TimesNewRoman4过程能点实验室。广东广州51640广东南海志挖调股份度之间夹角的变化规律，得出了影响对流换热强度的场协同作用沿流动方向的分布规律。通过讨论两种不同结构尺寸缩放管的换热情况，发现流体在收缩段可获得较好的场协同作用，增强换热能力，而在扩张段场协同作用的效果减弱。 1218收到修改稿。联系人及第作者陈颖，女，35岁，博士，副教授。基金项目国家重点基础研宄发展规划资助项目Wo.；2000026300. 引缩放汕逍大致分正弦波纹通逝和角形通逍，其中角形通道的缩放管由依次交锊的多节渐缩段与渐扩段构成，1.近年来，缩放管结构越来越多地被管壳式换热器生产厂家和使用单位所采用，这是因为缩放管与其他强化管如横纹管内螺纹管等相比，在尺啊，1土数下流阻较小，曲面的过渡比较光滑，付叫侧流体均了同，强化换热，同时由于它的粗糙面大而平，抗污垢能力强，特别适合要求换热器适应性强的场合，满足流体洁净程度差运行工况变化和使用场合复杂的需要。尽管缩放管的管内换热能力不及横纹管，但从总的使用情况上看，横纹管旦结垢，换热能力大幅度降低，反而不如缩放管的换热性能稳定。 4，研究了6种不同结构的缩放管中的传热和阻力况，发观流体沿缩放矜流动扩张段短收缩段长时的平均湍流强度比反向流扩张段长收缩段短时高出18，其强化换热性能也更好。近年来寸缩放通道中流体的换热进行数值模拟研允很衫124，研宄者的养吸点何采用湍流数学模型来准确描述这种典型有回流的楠圆形流动。 邓先础李平根据他的优化结构在壳管式换热器中用各种工质包括水空气油等进行了实验研究。结采明这种结构的缩放管阻力系数径，为传热系数，是黏性系数，化为比热容，为密度和分别流体局部平均温度和管壁的温度，9时均速度矢量与时均温度梯度的夹角。由此1阽，王湍流场中，壁面的热通试大小同样与时均速度时均温度梯度及它们的夹角余弦值的乘积有关，即存在场协同的作用。 1.2计算区域及边界条件为了保证模拟结果的准确性，采用两个节距的管长作为计算区域，2，计算区域的坐标系如进1内出为周期性边界条件壁面为+滑动定温边界茶件中心线为轴对称边界条件，DuST 2数值梭拟的方法和验证较小，综合强化换热性能优于横纹管。 度梯度场的协同关系入手，探讨强化缩放管中揣流又寸流换热的途径，提出优化的结构形式。 1数学分析1.1计算模型管内稳态无内热源的湍流对流换热。不汁黏性采1商用计算软件，13.1模拟计兑缩放管的流动和换热的怙况。用控制体积法18对上述抟制方杓离散化。采用阶迎差分法，代数方裎采超松弛法迸行迭代求解。采，体坐标迸厅网格化，在近壁处将网格加密，分段计你。保证化兑站杲与网格数无关。近堕面采用速度分布两层模型分别求出层流底层和湍流层的流速变化情况，湍流模型采用标准的两方程模型1压力场与速度场的耦合采用3算法，并将整个区域中各个物理量的计算残差都控制为6.为了验证模拟结果，模拟对象的几何尺寸耗散的影响，其平均仍兄数可为7陈颖等缩放管内湍流对流换热拟纳果与文献实验数据的比较，1；1力系数的汁算位与实验位十分接近，7与实验值的变化趋势很致，但者有定的误差，原因存在以下几种可能1计算时假设流体为充分发展的湍流流动，忽略进出口效应；2实验过程很难保证管壁的温度恒定不变；3描述揣流的数学模型有些假设条件；4测量误差。 总的来说，模拟值与计算值的*大误差不超过15，模拟模型值得信赖。 3计算结果及讨论3.1热边界层中任意条等速线上0的分布规律采用分段计算的方法，求出热边界层中等速线=！。上心沿流动方以随的变化怙况，收缩段，0角先是增大，后缓慢趋近于9，即1.57，8.在扩张段，因流体转向的惯性作用，0很快下降后又缓慢上升。在*小截面处0角*小。 3.2热边界层厚度随变化的规律设温度梯度为总传热温差的90处为热边界，化规律。阁中明，5，随管壁形状士现周期性变化。在收缩段边界以的7度呈单调1降趋势。而在扩张段它士，调升的趋势，其*大值出现在*大截面处。*小位对应在，小截面处。由此可。收缩段中平均热边界层以度小尸扩张段中的值。 3.3湍流强度的变化规律阁6给出两种管子中湍流强度。人为湍动能，L为流体平均违度沿抒向的变化曲线，由可，在扩张段湍流强度沿流向增。在收缩段湍流强度逐渐降低。这是山尸管收缩对湍流脉动起，1圮作用的结果。管1收缩段长，扩张段短1的均湍流强度比管2收缩段3.4局部Nusselt数沿流向的分布规律由7可知，无论是管1还是管2，流体在收缩段Nu，eh数先呈下降趋势，而后保持较平缓的变化再呈上升趋势；在扩张段，Nseh数呈下降趋势。在*小截面处达到第个极大值，在扩张段的某位置达到极小值，在*大截面处获得第个极大值。 3.5热边界层中等速线上么7，0沿流向的变化规律根据场协同理论，缩放管内对流换热的强度是受Reynolds数Prandtl数速度与温度梯度的模以及者夹角的余弦值共同决定的。其中时均速度边界层的厚度有关。在相同尺6数下定物性的流体在缩放管内局部Nu，elt数的变化就受时均速度时均温度梯度的模以及者夹角的余弦值大小所决定在热边界层中任意选取条等速线=1.0研究么7，0的变化趋势，8. 对比7和8可以看到，在收缩段两者的变化趋势+分致，在扩张段。咖0的值先升短，扩张段长，出8.73，与文献9的研究结果相吻合。 高，后略微有点下降，其变化不如胸85数明显。 这足因为所选取的节，线化⑴上，0的值在扩张段变化不大，而85数的变化尽管如此，者变化趋势还是基本致的。在收缩段，由于两矢量场之间的夹角总体小于90，对换热起到强化的作叫；而在扩张段，夹角人于90.，换热被弱化。 4结论热特性，运用场协同理论分析了控制对流换热的物，儿制，结论如下。 1在缩放管收缩段中平均热边界层厚度小于扩张段中的热边界层以度。 2在管子扩张段中湍流强度增强，在收缩段湍流强度降低。 缩放管收缩段的甲均山数高尸扩张段。 缩放管1收缩段长，扩张段短的平均揣流强度大于缩放管2收缩段短，扩张段长。管1的场协同作用优于管2.由此可，收缩段越民的管子，换热情况越好。