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开缝圆柱近场尾流的大涡模拟和实验测量

空气动力学学报 2014年第3期32卷 308-314,317页

作者：杨锦文何意鲍锋厦门大学航空系厦门361005

基于Fluent软件平台采用大涡模拟(LES)的方法对开缝圆柱绕流进行了三维数值仿真,计算了五组不同雷诺数(Re=1500、3000、4400、5837、7200)情况下缝宽比s/d=0.15的开缝圆柱绕流流场。通过定性的流动显示和定量的PIV实验,对s/d=0.15情况... 详细信息

基于Fluent软件平台采用大涡模拟(LES)的方法对开缝圆柱绕流进行了三维数值仿真,计算了五组不同雷诺数(Re=1500、3000、4400、5837、7200)情况下缝宽比s/d=0.15的开缝圆柱绕流流场。通过定性的流动显示和定量的PIV实验,对s/d=0.15情况下开缝圆柱内部缝隙流动以及旋涡脱落情况进行了细致研究,并测量了基准圆柱与开缝圆柱的脱落涡频率。数值模拟与实验测量结果符合得很好。实验和计算的结果表明,在一定雷诺数范围内,开缝圆柱缝隙内部流体呈现周期性的震荡,边界层底层经历"吸入"和"吹出"现象,根本上改变了近区尾流的结构。开缝圆柱尾迹呈现出明显的三维流向涡形态。缝隙内流体的上下震荡对圆柱绕流的周期性产生了显著影响,开缝圆柱的旋涡脱落频率和斯特劳哈尔数均高于相同雷诺数下的基准圆柱。

关键词：开缝圆柱大涡模拟脱落涡频率 PIV 测量

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二维开缝圆柱环流动力特性

上海交通大学学报 2019年第10期53卷 1238-1248页

作者：朱睿李尚陈子煜刘锦生鲍锋刘志荣厦门大学航空航天学院

使用粒子图像测速(PIV)技术对各二维开缝圆柱环流流场的动力特性进行定性及定量研究,揭示雷诺数(Re)、开缝位置角、开缝倾角及相对缝宽(s/d,s为缝隙宽度,d为圆柱直径)对环流动力特性的影响规律.获取瞬态流场、时均流场以及斯特劳哈尔数(... 详细信息

使用粒子图像测速(PIV)技术对各二维开缝圆柱环流流场的动力特性进行定性及定量研究,揭示雷诺数(Re)、开缝位置角、开缝倾角及相对缝宽(s/d,s为缝隙宽度,d为圆柱直径)对环流动力特性的影响规律.获取瞬态流场、时均流场以及斯特劳哈尔数(Sr)等关键流场信息,研究开缝圆柱环流流场的结构及演变规律.结果表明:脱落涡与圆柱表面环流的此消彼长,引起120°以及180°开缝圆柱的吹吸效应,显著提前圆柱尾流脱落涡的耦合时间;240°开缝圆柱的缝隙位置接近圆柱后缘,流体未达到缝隙位置时已经发生流动分离,不会形成有效吹吸效应;120°以及180°开缝圆柱的尾流脱落涡运动轨迹振幅较大,其流阻系数大于基准圆柱以及240°开缝圆柱的尾流流阻系数;狭缝角α为180°,相对缝宽为0.15开缝圆柱的尾流Sr在0.218~0.225范围内波动最小,具备最优的线性稳定性.

关键词：开缝圆柱粒子图像测速(PIV) 吹吸效应脱落涡

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低雷诺数开缝圆柱绕流尾迹流场特性

中南大学学报（自然科学版） 2019年第4期50卷 990-997页

作者：邢鹏飞孙志强中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

为了揭示开缝对圆柱尾迹流场的影响,采用数值模拟方法对低雷诺数无限大流场中开缝圆柱绕流进行研究,以相对缝宽(即缝宽/圆柱直径)和开缝角为变量,斯特劳哈尔数、阻力系数和升力系数为特征参数,分析不同开缝条件下旋涡脱落和圆柱受力的... 详细信息

为了揭示开缝对圆柱尾迹流场的影响,采用数值模拟方法对低雷诺数无限大流场中开缝圆柱绕流进行研究,以相对缝宽(即缝宽/圆柱直径)和开缝角为变量,斯特劳哈尔数、阻力系数和升力系数为特征参数,分析不同开缝条件下旋涡脱落和圆柱受力的演化过程。研究结果表明:圆周压力分布受相对缝宽和开缝角的影响较小,圆周压力最小点位置随相对缝宽和开缝角的增大而后移;当相对缝宽为0.1时,最大后移幅度为6.11°;边界层分离点随开缝角增大而后移,而边界层分离点随相对缝宽的变化则因开缝角范围不同而不同;随着开缝角增大,开缝圆柱所受阻力减小,当相对缝宽为0.1、开缝角为90°时,可减阻14.63%,升力先增加后减小,旋涡脱落频率增大。

关键词：开缝圆柱相对缝宽开缝角旋涡脱落

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湍流边界层内钝体扰流的流动与传热特性

机械工程学报 2015年第24期51卷 168-176页

作者：汪健生王晓朱强赵云俭天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072

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... 详细信息

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%。

关键词：大涡模拟开缝圆柱基准圆柱间隙比强化传热

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小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

作者：赵云俭天津大学

学位级别：硕士

工程领域中,流体在输送管道中的流动与传热一直是人们所关注的焦点问题之一。流体流动的许多宏观特性,如阻力变化、热量传递、能量输运与耗散等均与壁面边界层区的拟序结构相关。如何有效控制边界层中的拟序结构对于强化传热和抑制流动... 详细信息

工程领域中,流体在输送管道中的流动与传热一直是人们所关注的焦点问题之一。流体流动的许多宏观特性,如阻力变化、热量传递、能量输运与耗散等均与壁面边界层区的拟序结构相关。如何有效控制边界层中的拟序结构对于强化传热和抑制流动阻力有着重要的理论研究价值,且其结果对热能工程领域中的实际问题也具有重要的理论指导意义。本文通过在矩形槽道湍流边界层中设置一小尺度圆柱涡流发生器,研究钝体所产生的尾迹流对近壁区边界层拟序结构的影响,进而探究其对流动与传热特性的影响。在雷诺数Re=3745条件下,采用大涡模拟方法分别对矩形空槽道、设置小尺度基准圆柱和小尺度开缝圆柱槽道内的流动与传热特性进行了研究。为分析比较设置小尺度圆柱涡流发生器后,槽道内流动与传热特性的变化,首先对未设置小尺度圆柱涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行了计算分析。在对设置基准圆柱、开缝圆柱槽道所进行的数值计算中,间隙比（圆柱与槽道底部间隙G与圆柱直径D的比值）G/D=0~6.0,缝隙比（开缝圆柱缝宽S与圆柱直径D的比值）S/D=0.35。计算结果表明:除G/D=0外,湍流边界层内的圆柱尾流能显著改善槽道底面的换热特性,并可有效抑制槽道壁面流动阻力的增加。当间隙比G/D＜2.0时,产生于开缝圆柱缝隙的冲击射流能进一步加强尾迹流与壁面边界层的相互作用。与设置基准圆柱槽道的换热性能相比,其整体热性能改善。此外,设置基准圆柱与开缝圆柱槽道的综合性能系数随间隙比的增大逐渐增加。当间隙比G/D≥2.0时,开缝圆柱尾流的稳定性较差,其缝隙内的冲击射流在一定程度上可阻止圆柱尾流外部流体的下扫运动,进而导致槽道底部整体热性能恶化;二者综合性能系数随间隙比的增加逐渐减小。此外,还对不同直径圆柱（D/H=0.05、0.1）对槽道内流动与传热特性的影响进行了分析,结果表明:在相同间距下,设置直径较大圆柱的槽道具有较好的换热特性。本文研究表明:湍流边界层内钝体尾迹流的流动结构具有很好的周期性,尾流的涡脱落是一个周期性的扰动元,可以显著提高通道壁面的整体热性能。

关键词：大涡模拟基准圆柱开缝圆柱强化传热流动阻力