同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究

摘要

本文利用商用CFD软件对发电机气隙简化模型——同心旋转圆柱体间环形气隙内流体对流换热情况进行数值模拟，得到了不同泰勒数Ta下流场的速度分布、温度分布和热流密度分布。将模拟得出的平均努赛尔数Nu与经验公式的计算值进行了对比，误差在合理的范围之内，证明了数值模拟的有效性。计算结果表明，受流场中泰勒涡的影响，速度、温度、以及热流密度沿轴向的分布呈现周期性波动，波动频率与泰勒涡的数量相同，其中，速度与温度分布波动的变化趋势相同，热流密度波动的变化趋势与前两者相反；泰勒数Ta越大，流场的平均努赛尔数Nu越大，流场的对流换热性能越好。另外，本文还对带凹槽气隙模型进行了流动模拟，分析了泰勒-库特流能够强化传热传质的原因，为后续发电机环形气隙对流换热特性的模拟做准备。