液态金属脉动横掠管束的非稳态流动与多参数传热耦合机制研究

蒋瀚涛; 陈慧; 刘迎文

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (3) : 132 -143.

蒋瀚涛, 陈慧, 刘迎文

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摘要

针对传统顺排管束布置中二次流有限而导致的传热受限问题，将液态金属横掠管束和脉动流两种方法相结合，针对传热性能展开数值模拟研究。首先，建立液态金属横掠管束模型，并基于该物理模型验证湍流模型和湍流普朗特数的可靠性；接着，建立具有流动分离和逆压梯度特征的凹槽模型，验证湍流模型对脉动流的适用性；然后，对施加脉动流后的非稳态流场进行了分析；最后，采用Box-Behnken实验设计方法，以管束流向间距比、横向间距比、贝克莱数、脉动振幅和脉动频率为设计变量，努塞尔数为目标函数，对液态金属脉动横掠管束进行数值模拟。结果表明：脉动流的引入导致涡结构的演变增强了再循环区的湍流程度，与稳态流动相比湍动能增强3～4倍，传热性能提升1.05～1.70倍；努塞尔数与贝克莱数、脉动振幅呈现正相关，与横向间距和流向间距呈负相关，而不同参数条件下则存在最佳脉动频率，范围在7.5～12.5 Hz;所提传热关联式预测误差不超过8%。研究对推进换热器设计、提高热效率、工程应用具有参考意义。