多力场耦合条件下T型圆管通道内流体热混合机理研究

摘要

针对海洋动力平台和船舶动力装置中T型圆管通道内冷热流体间的热混合机理尚不清楚的问题，利用大涡模拟方法，对不同支管布置方式高温高压工况下(运行压力为10 MPa,进口流体温差为275 K,摇摆雷诺数为41 500)的多力场耦合T型圆管通道内流体热混合机理进行数值研究。利用提出的混合系数定量评价了不同布置方式下T型圆管通道内流体混合效果，利用均方根温度定量评价了不同布置方式下T型圆管通道管壁处温度脉动情况。结果表明：剪切层和尾迹区内涡结构与温度场存在时间和空间上的协同机制，且涡脱落频率和温度脉动频率基本相同，脱落频率为19.3 Hz;附加惯性力引起T型圆管通道内涡结构和温度场在时间和空间上周期性变化，加速了流体混合过程，削弱了浮升力和重力引起的热分层现象，同时增大了流体域内温度波动，长度约为10.2 D(D为主管内径);与对应的静止工况相比，支管竖直向上、水平和竖直向下布置时，摇摆条件下混合系数分别增大了10.8%、18.3%和27.8%;摇摆条件竖直向下布置时，管壁处温度均方根峰值最大为0.16,约为静止工况的2倍。因此，支管竖直向上布置时，热混合效果最好，热分层现象最弱，在实际应用中应被优先考虑。

关键词

T型圆管通道 / 浮升力 / 摇摆条件 / 热混合机理 / 大涡模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51976159)