非等温Taylor-Couette系统内冷水的对流传热特性

摘要

对内圆筒高温且旋转的Taylor-Couette系统内冷水的对流传热进行直接数值模拟，旨在探究密度倒置特性的影响。选用多个密度倒置参数，研究从自然对流到湍流的流态演化。结果表明，随着雷诺数的增大，流动经历了2次流态转变：第1次是从浮升力主导的大尺度环流转变为螺旋涡流，密度倒置效应越显著，轴向流动对径向热传输的抑制作用越强，在Θ_m=0.5附近存在传热极小值；第2次流态转变发生在离心力主导的区域，流动由波状涡流发展为湍流波状涡，产生Görtler涡，有效增强了传热。从密度倒置效应、离心效应和浮力效应联合作用的角度探讨流态转变的物理机理。结果表明，密度倒置效应越强，浮力效应越弱，流动越易在较低雷诺数下提前进入离心力主导的流态。

关键词

密度倒置 / Taylor-Couette流动 / 数值模拟 / 对流传热