28208.開(kāi)縫圓柱繞流流動(dòng)與傳熱特性研究

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文開(kāi)縫圓柱繞流流動(dòng)與傳熱特性研究開(kāi)縫圓柱繞流流動(dòng)與傳熱特性研究FlowHeatTransferacteristicsofFlowpastaSlitcylinder一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力工程作者姓名：李星瑩指導(dǎo)教師：汪健生副教授企業(yè)導(dǎo)師：崔亮高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月I中文摘要中文摘要圓柱繞流作為鈍體繞流中的經(jīng)典問(wèn)題之一，因其廣泛的工程應(yīng)用背景和所具有的重要理論價(jià)值，一直是眾多學(xué)

2、者關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。而其中的減小流動(dòng)阻力，抑制渦激振動(dòng)則是圓柱繞流問(wèn)題在實(shí)際工程領(lǐng)域中的核心所在。因此，探究其流動(dòng)機(jī)理及相關(guān)物理特性，并以此為依據(jù)采取有效措施對(duì)流動(dòng)實(shí)施控制，對(duì)于實(shí)現(xiàn)減阻、抑制渦激振蕩和強(qiáng)化傳熱具有十分重要的意義。本文采用被動(dòng)控制方法，在圓柱上、下分離點(diǎn)處各開(kāi)設(shè)一狹縫，并連通至后駐點(diǎn)，通過(guò)尋找適合的幾何參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱繞流尾流的控制，并有效減小繞流圓柱所受的阻力。本文采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，基于有限體積法，針對(duì)粘

3、性不可壓縮開(kāi)縫圓柱繞流問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬，考察了當(dāng)60≤Re≤200時(shí)，狹縫寬度與圓柱直徑比sD=0.01~0.1范圍內(nèi)開(kāi)縫圓柱的繞流流動(dòng)及傳熱特性。同時(shí)，著眼于圓柱繞流由二維向三維轉(zhuǎn)變的過(guò)程，對(duì)開(kāi)縫圓柱在Re=200、230、250和1000時(shí)分別進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算，探究了狹縫對(duì)于圓柱繞流二維特性的維持作用。數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示：60≤Re≤200時(shí)，在一定范圍內(nèi)開(kāi)縫圓柱所受到的繞流升阻力均低于未開(kāi)縫圓柱，圓柱表面渦脫落被有效抑制，其中當(dāng)

4、sD=0.02D時(shí)，效果最為顯著。圓柱表面的綜合傳熱性能隨狹縫寬度的增加而顯著提高，且Re數(shù)較低時(shí)效果更為明顯。當(dāng)Re=60時(shí)，縫寬為0.1D的開(kāi)縫圓柱相比于未開(kāi)縫圓柱，其綜合傳熱性能增幅可達(dá)29.1%。此外，在一定Re數(shù)范圍內(nèi)，縫寬為0.02D的開(kāi)縫圓柱加速了尾渦向三維流動(dòng)的轉(zhuǎn)捩過(guò)程。而當(dāng)縫寬增至0.1D時(shí)，開(kāi)縫圓柱對(duì)尾跡旋渦三維特性的出現(xiàn)具有有效的抑制作用。但當(dāng)Re數(shù)增大至亞臨界區(qū)時(shí)，開(kāi)縫圓柱加劇了流體的三維流動(dòng)，并將能量消耗分散至