CFD在纵向涡强化两相传热模拟中的应用

《CFD在纵向涡强化两相传热模拟中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第29卷第3期核动力工程Vol.29.No.32008年6月NuclearPowerEngineeringJun.2008文章编号：0258-0926(2008)03-0099-05CFD在纵向涡强化两相传热模拟中的应用1,22112黄军，王海刚，黄彦平，马建，王秋旺（1.中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室，成都，610041；2.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安，710049）摘要：利用纵向涡发生器在窄间隙矩形通道内产生的纵向涡可以起到强化传热的作用。运用CFD商业软件CFX10.0对带纵向涡发生器的窄间隙矩形通道内的汽液两相介

2、质进行了模拟计算。结果表明，产生的纵向涡能有效地降低窄间隙矩形通道的边角处热量集中，提高中央主流区流速，进而明显提高加热板上的热流密度；LV也能加强通道内冷热流体交混，起到强化传热的作用。在本文参数范围内，相对于光滑通道而言，带LVG的窄间隙矩形通道在适当增加流动阻力的基础上，能明显提高传热效率。关键词：CFD程序；纵向涡；强化传热；窄间隙矩形通道；CFX10.0中图分类号：TK124文献标识码：A1引言当流体流过障碍物时，会在其背后产生一系列漩涡，以促进主流区与传热壁面附近的流体间动量和能量的交换，削薄和破坏边界层，使传热得到强化。在这些产生的漩涡中，主要有横向

3、涡a流道模型(TV)和纵向涡(LV)。研究表明：由于其能在流动下游的较远范围内存在，LV不仅能增强局部传[1]热，也能全面提高Nu数。LV一般由纵向涡发生器(LVG)产生。由于LVG的作用距离远、结构简单、安装高度低，对窄间隙通道的换热结构，LV强化传热有着广泛的应用前景。bLVG俯视图以往对LVG传热强化的研究主要针对气体介质，只有极少数学者对矩形通道内水的强化换[1～3]热问题进行过研究。实验研究难度大且周期长。用CFD软件CFX10.0对LV强化传热进行前期的数值模拟，从而分析LV在流道内的运动规cLVG侧视图律，对最终指导实验和节省实验经费具有重要意图1物

4、理问题示意图义。在以往的研究中，应用CFX进行汽-液两相Fig.1SchematicDiagramofPhysicalProblem[4]模拟一直是难点，在公开文献中也不多见。因进入，垂直向上通过一侧等间隔安装有矩形此，本文结合实际问题进行了探索性的研究。LVG的窄间隙矩形通道。其通道尺寸为40mm×2物理问题和计算模型3mm×600mm。其中，进口稳定段长100mm，2.1物理问题出口稳定段长50mm，加热段长450mm。LVG物理模型如图1所示[5]。水以速度w从下部的布置尺寸如下：纵向间距X为110mm、横向0收稿日期：2007-05-30；修回日期：200

5、8-02-20基金项目：国家自然科学基金(No.50576089)、空泡物理和自然循环国家重点实验室基金(No.9140C7101030602)资助100核动力工程Vol.29.No.3.2008间距s为6mm、长度b为13mm、宽度a为2mm、攻角β为45°、高度h为1.5mm。2.2计算模型到目前为止，过冷沸腾的多维分析计算最常用的方法就是采用多维两流体模型进行模拟。这个模型由弥散相汽泡和连续相液体水组成，分别满足各自的传输方程。从平均意义上来讲，每相图2带LVG通道的网格划分示意图均看作填充整个控制体的连续介质，分别根据各Fig.2SchematicDiag

6、ramofMeshof自的平均质量、动量和能量方程进行求解，然后ChannelwithLVG通过界面传输模型进行耦合。w=1m/s，进口过冷度为30℃，进口压力为本文采用CFX10.0中的两流体模型以及相关7.0MPa；出口边界：假定流体与换热均达到充分模型来进行计算分析：发展；固体壁面：布置有LVG的表面为常热流边(1)界面力可表示为：界条件，通道其余3个侧面均为绝热边界条件，DvmLLwTDMk=Mk+Mk+Mk+Mk+MkLVG表面与通道内流体耦合计算。采用有限容积k=1,v(1)法离散控制方程，对流项离散格式中体积含气率方程右边各项分别表示为曳力、虚质量力

7、、浮力、采用迎风格式，压力采用中心差分格式，其余采润滑力和紊流耗散力。用混合差分格式；压力修正方程和体积份额计算(2)壁面热流密度可分成3部分：单相对流传采用代数多网格法(AMG)加速收敛。其余求解均热、汽泡冷凝传热和壁面蒸发传热。采用全场STONE方法，流体的压力-速度耦合基(3)相间质量传输包括液体在壁面的蒸发和于SIMPLEC算法，相间传输项耦合采用Spalding在主流中的冷凝或蒸发两部分。的改进相间滑动算法，即IPSA-C。相对壁面液相(4)对于汽泡尺寸CFX10.0程序中采用下式进设定为无滑动边界条件，即速度为0；汽相设定行计算：为自由滑动边界条件，即

8、切向应力为