非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中非牛頓流體在偏心圓環(huán)管中流動(dòng)與傳熱的數(shù)值研究.pdf

1、非牛頓流體在偏心圓環(huán)管中的流動(dòng)和傳熱問題,在食品機(jī)械和石油化工等各大領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對于這些相關(guān)問題的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究有著重大的實(shí)際意義,同時(shí)也有一定的挑戰(zhàn)性,即非牛頓流體在偏心圓環(huán)管中的流動(dòng)和傳熱問題,在近十幾年以來一直引起人們的關(guān)注。這些不僅僅是因?yàn)槠鋵?shí)用意義,更主要是因?yàn)槠淞黧w特性和流動(dòng)通道的復(fù)雜性。本研究將采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中有限體積方法,應(yīng)用到此類問題的數(shù)值求解中,以尋求一種適合用于復(fù)雜通道中各類流體流動(dòng)傳熱問題求解的方法和途

2、徑。由于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的幾何適應(yīng)性,在對偏心圓環(huán)通道問題的求解中,不需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和網(wǎng)格適應(yīng)性分析,即免去了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)計(jì)算。這種離散網(wǎng)格的分布不像結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格那樣有規(guī)律可循。對于二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以是三角形或四邊形,每一個(gè)控制體內(nèi)變量都由控制體中心處的值表示,因此網(wǎng)格越細(xì)計(jì)算結(jié)果越精確。除了偏心圓環(huán)通道,其它各類不規(guī)則通道也可以通過非結(jié)構(gòu)化離散的方法進(jìn)行計(jì)算。
　　 本研究計(jì)算了若干復(fù)雜通道中充分發(fā)展層流的明槽流動(dòng),并在簡單通道

3、中將數(shù)值解與解析解相互對比,以此驗(yàn)證本算法的正確性。而對于偏心圓環(huán)管中的流動(dòng)和傳熱,則給出了各種不同偏心率(ε*=0.2,0.5,0.8)和半徑比(r*=0.2,0.5,0.8)情況下的結(jié)果,以研究通道尺寸對流場和溫度場,摩擦因子和努謝爾數(shù)的影響。對非牛頓流體的模擬采用了剪切應(yīng)力符合Ostwald-de Waele關(guān)系的冪率模型,分別對多種剪切稀化流(n=0.6,0.8)和剪切稠化流(n=1.2,1.6,1.8)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析,并