西安交通大学学报不同相位差正弦型波纹通道内流动与换热特性的数值研究阴继翔，李国君，丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院，710049，西安用数值模拟方法探讨了波纹上下板相位差对流动与换热的影响。计算结果明对于不同相位差的通请在当量直泾与入口质量流量分别相同的条件下，流动与换热特性与你的范围有关，上下波纹板相位声。与180时通道的阻力较高，相位差为30时通道的阻力*低，同时也以相位差为时通道面的换热率*两，相位差为30时通道面的换热速率相对较氏，即面换热性能的改善要以压力损失的增大为代价随着国民经济和科学技术的发展以及能源有效利用的需要，强化换热越来越被人们高度重视，各种强化新技术不断涌现并相继在实践中得到广泛的应用。采用呈周期性变化的复杂结构，使通道内流体受空间周期性的扰动，不断改变流动方向，有效地破坏热边界层，使边界层内流体；断与中心区流体交换，增加近壁处流体层的温度梯度，是使换热得以强化阻力的增加往往比传热的增加显卉所以采口强化技术并不总能带来收益。 近年来，许多学者致力于研宄诱发流体产生不15.记流动的长面纟1构，文献2使用町视化方法对不性进行了实验研究，主要考察了入口段长度对流动收稿日期2004 02.作者简介阴继翔1964，女，博士生；丰镇平联系人，男，教授，博士生导师。基金项目国家高技术研究发展计划资助项目200203020. 不稳定发生点过渡区产生的影响。文献3对单侧角型通道的实验研宄指出，在拖小于350较低时，角型通道内流体的流动为维流动，随的，大，流动变得不稳定，过渡为维流动状态。文献通过实验得出了流体在双侧角型通道内作周期性充分发展流动时，通道缩放部分的平均胸。文特性和非定常换热性能。但是，无论是实验还是数值模拟，有关对换热起重要影响的剪切应力涡量及流体在弯曲面上产生分离和再附着等因素如何影响流动和换热的研究报道却很少，关于正弦型波纹板相位差对流动与换热影响的报道至今尚未到。 为此，本文将应用数伉方法研，流体在周期性不同相位差的正弦型波纹通道中充分发展的层流流动特征，探讨通道内的流动分离旋涡再附着对换热产生的影响，并对影响换热器设计的2个重要参数压降和换热率进行综合分析，为更有效地研发高性能的换热面提供依据。 1物理问及数值方法能量方程1.2有关参数的定义4VA，i式中为通道体积为换热面积。f2雷诺数Kr=hD，V f3平均流速钓摩擦系数1.1物理问及控制方程数为相位关系，2控制上下波纹板的空间距离，以使不同相位差的通道具有相等的当量直径。本文中的不同相位差由上波纹板错位形成，其波纹节距入为0.028个周期，振幅为0.0035饥1给出了典型的3种相位差为090和180的波纹通道结构。 其中入。 假定流动为维稳态层流，壁面温度恒定，且认为流动与换热均己进入周期性充分发展段。此条件下1.3算法及网格的生成格由比算流体动力学商软件，软件的前处铨软件；生成。为有效地求解近壁处较大用的网格数分别为相位差为，时，网格数为6，位差为90180时，网格数为90180.计算发现办较小时计算采用疏网格，办较大时计算采用密网格均使收敛速皮快，稳记性较好。本文通过付疏密不同的网格计算结果进行比较，选择了对计算结果影方程为106.流场与温度场采用分离式求解法求解，压力与速度的耦合应用31算法完成，对流项离散方式均为指数格式。 2算例考核文5用实验方法给出了扣位差为18，7进出1为苡小截面的正弦型波纹通道内办为350时办采用的特征尺度。，为*大高度好与*小高度，的平均值。为考察数值计算的可靠性和有效性，本文对上述实验方案的流场进行了数值模认模拟结果与实验结果的比较2.从2可以看出，模拟结果与实验结果现出较好的致性，充分说明本文计算方法的可靠性和有效性3结果分析与讨论3.1流动及强化换热特性分析在呈周期性变化的通道中，分离旋涡再附着足流动的主要特怔。3所。在旋涡内山于流体缓慢的流动及它流流体尤法钌效透过旋涡与壁面进行热交换，使相应壁面位置上的换热降到*低循环旋涡增加了形状阻力。因此，在通常情况下，流动分离在面设计是应尽量避免的，似使用流动分离来引发流动不稳定或产生次流来改善换热性能的设计例夕义利用旋涡区与主流间形成的自由剪切层极不稳定的特性所引起的主流流体与旋润流体的混合，使流体由稳定层流状态转变为不稳沾士流流动，这种自小的+稳定性也促使流动在较低的办下由层流向湍流过渡，进而使换热性能以以改善。 32流动特征与壁面剪切应力内的流动特征由3可流场分布在很大程度上依赖1几1形状，使得流动产生分离及其再附点的位过有所不14形成旋涡的大小及强度也各有差别。4明在下面的中间部分，相位差为18通道的剪切应力较高这是因其中间部分流通截面较小，流线在其通逍壁面附近变化比较剧烈，壁面速度梯度和对较高所致；在汕道的进出附近，相位差为7，道的壁面剪切砬力*低，明进面对流场产生的影响较小；就其峰值点而言，相位差为180通逍的*高。相位差为通道的次之。相位差为30通道的*低。 晨1 3.3相位差对阻力系数的影响沿流动方向的乐降按每个周期的平均阻力系数计算的结果于5，可在办较低时，阻力系数几乎呈直线规律急剧下降，随办的增大，阻力系数下降逐渐变缓。当你800时，相位差为18通道的阻力系数*高，相位差为，通道的次之，相位差为30通道的*低；当800办1800时，相位差为，通道的阻力系数*高，180通道的次之61800时，除相位差为的通道外，其他通道的阻力系数接近致3.4换热特性分析同的变化规律，在办较低，较高，随心500略微把大，有所1降。这因流动出现分离，甚至在固体壁面附近形成稳定的旋涡，阻隔了流体与固体壁面的热交换所致。随办的继续增大，旋涡不断长大的同时其强度增强，且自由剪切层开始变得不稳定使族开始回升。 其次，除结构对称的相位差为180通道上下面〃相差较小外。其他结构的1面〃均比面的高。这是因下面受来自上下游通道不稳定旋润与再附点的影响较强，而上面则被个较大的旋汹1占枢。其自生不稳定1卞的影响相对较弱所致3.相位差为90的通道在办大于或等于1 800后，上面的爪，比下面的高。这可能是在办较高时，其上面大旋涡强度的增加以及来自上下游通道在面形成的旋涡4再附着产也的不稳定性的影响，超过了下面2个旋涡的扰动强度所致。 另外，在本文计算范围内，相位差为0通道面的。，均比平直通逍的高。 4结论1在当量直径与进口质量流量分别相等的条件1通逍下而的剪切应力在进出附近以相位9，哝酵立，局类脎柄。麻挪，配碰切，迪迅而的*人。0通道面的次之，3通道面及流线在流动过程中张缩程度的几体体现。 在本文计算条件下，当你大于小于800时，相位差为180通道的阻力系数远比其他通道的高，通道的次之；当故大于800小于1800时，相位差为，通道的阻力系数*高，180通道的次之在办大于100小于3000的范围内，相位差为3通道从阻力特性的角度考虑，通道形状的选择与实际工况的办范围有关对主要受阻力限制的情况可优先选用相位差为30通道的面。 口征换热性能的面斯以相位差为通道的面*高，且在计算范围内其值均比平直通道换热性能相位差为30通道面的换热效果*差，故以强化换热为设计1的的怙况，选择相位差为，通道的面。 编辑王，雪上接第689页3结论究，在较广的工况范围内，得到了不同窄缝尺寸下出现干涸点的大，数据，通过对实验数，的分析和处理，得到了计算双面加热环形窄缝通道内干涸点处在环形窄缝通道中双面加热的情况下，得到了内外管出现千涸情况的判别式。 在相同的情况下，外管出现干涸时的截面含汽率耍大十内管出现干涸时的截匝含汽率。随管质量流速的，大，临界含汽率减小。进口的含汽率越大，千涸截面上的含汽率就越大。 陈之航。曹柏忭。赵在1.液可相流动和传热1.北京机械工业出版社，1983. 杨世铭。传热学肘。北京高等教育出版社，1986. 编辑王，雪