自激振荡剪切层涡流演变研究及热流道设计

摘要

流体边界层的运动特性对管道能量交换系数变化有重要影响,基于时均分部对自激振荡腔室进行划分,分析脉冲射流剪切层中边界层的流速变化.以流体流速和努塞尔数表示壁面换热性能,并分析了自激振荡腔室出流管道剪切涡流演变规律.结合自激振荡腔室有限元模型,采用大涡模拟数值方法,分析截切层涡流的演变及其对换热的影响.计算得到不同自振腔出口管长与自振腔腔长的比值下热流道的边界层近壁面流速与努塞尔数.研究结果表明:剪切层射流在与壁面碰撞后生成回流涡,继续沿管道向下运动,并在下游管道继续运动过程中多次重复这一过程,破环边界层,在维持大尺度拟序涡结构的涡核稳定的基础下加强了管道换热效果;随着自振腔出口管长与自振腔腔长的比值的增大,壁面湍流的强度先增大后减小,当比值大于1.6 时,湍流强度明显开始减小,比值在1.2～1.6 范围内综合性能系数可提高12％～35.5％.