渦流管旋流流場(chǎng)特征的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究.pdf

1、渦流管是一種不需要任何運(yùn)動(dòng)部件就能把壓縮氣體分離為兩股具有顯著溫度差異氣流的簡(jiǎn)單熱力裝置。但是由于經(jīng)由噴嘴切向進(jìn)氣導(dǎo)致的高轉(zhuǎn)速旋流，使渦流管內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)結(jié)構(gòu)變得具有強(qiáng)烈紊亂度的湍流，導(dǎo)致渦流管自上世紀(jì)三十年代發(fā)明出來(lái)至今一直無(wú)法得到一個(gè)一致的關(guān)于其能量分離機(jī)制的認(rèn)知。
　　顯而易見(jiàn)，旋流主導(dǎo)著渦流管的內(nèi)部流動(dòng)，關(guān)于渦流管內(nèi)的旋流特性研究并不多見(jiàn)，但是在其他有旋流的設(shè)備當(dāng)中，高強(qiáng)度旋流由于渦旋破碎誘導(dǎo)產(chǎn)生的位于中央回流面附近的進(jìn)動(dòng)渦

2、核被認(rèn)為是旋流中的一種擬序結(jié)構(gòu)，可以在一個(gè)峰值頻率下偏離管道中心并繞著軸線做周期性運(yùn)動(dòng)，這種流動(dòng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生對(duì)旋流本身產(chǎn)生了極大的影響。在歷來(lái)渦流管流動(dòng)結(jié)構(gòu)研究中，關(guān)于其旋流特性的分析并不充分，對(duì)于進(jìn)動(dòng)渦核這種大尺度擬序結(jié)構(gòu)的研究有助于更好地理解渦流管的內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)，以期得到一個(gè)更合理的關(guān)于能量分離的解釋。
　　本文中采用非定常求解模式計(jì)算三維渦流管內(nèi)的內(nèi)部流場(chǎng)，雷諾應(yīng)力模型用于封閉Navier-Stokes輸運(yùn)方程，在FLUENT

3、15.0中數(shù)值模擬計(jì)算渦流管的內(nèi)部旋流。將時(shí)均總溫溫度分離結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比以確保模型的準(zhǔn)確性。當(dāng)考慮到渦流管瞬態(tài)流場(chǎng)時(shí)，第一次得到了渦流管中的旋流數(shù)，將該幾何結(jié)構(gòu)下的渦流管內(nèi)部流場(chǎng)歸類(lèi)為高強(qiáng)度旋流流動(dòng)。通過(guò)幾種方法展示了渦流管瞬態(tài)速度場(chǎng)中的周期性振蕩，同時(shí)等渦量面很好的顯示了渦流管流場(chǎng)的螺旋結(jié)構(gòu)。而在子午面上，根據(jù)從瞬態(tài)計(jì)算一開(kāi)始的一系列軸向速度場(chǎng)的發(fā)展，可以分析出渦流管內(nèi)的渦旋破裂形式。另一些證據(jù)表明，流管流場(chǎng)中的渦核偏離流道中心并