过渡流下叉排与顺排圆柱列的可视化实验对比文献综述

文献综述

1.课题背景

1.1过渡流的介绍：

流体有层流、过渡流、湍流三种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；流速逐渐增加，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，有周期性涡脱现象产生，此种流况称为过渡流^[1]；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中的水流杂乱无章，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数，过渡流是具有周期变化且介于层流与湍流之间的一种流动状态。

1.2国内外研究现状及发展趋势：

国内外在关于圆柱绕流这方面进行了很多实验研究^[2-7]和数值模拟^[8-12]。

国内方面：欧阳新萍等^[13]对叉排与顺排形式排列管束时的套片式换热器的传热性能进行了对比研究。得出随着流体流速的增加，叉排管束列单位换热体积、单位平均换热温差的换热量是高于顺排管数列的结论。

王云飞等^[14]对不同间距下并列圆柱绕流进行了数值模拟，确定雷诺数为3900，两圆柱中心之间的距离与直径之比分别为2，3，4和10。研究结果表明：随着间距的增大，回流区长度增加，圆柱中心线处与主流区的速度梯度以及中心线附近的雷诺应力逐渐减小,不同圆柱脱落涡之间的相互干涉也随之减弱。

焦凤等^[15]研究了圆柱排列及管间距对换热器传热性影响，通过改变圆形翅片管换热器管束排列及管间距的传热性能实验,得到雷诺数(Re)、纵向管间距(Sl)及管束排列方式对圆形翅片管换热器传热性能的影响,再利用数值模拟方法分析这3个因素影响的原因。结果表明,圆形翅片管换热器的努赛尔数(Nu)及阻力系数(f)均随Re的增加而增加,且增加趋势逐渐下降。

国外方面：Sparrow等^[16]研究的等纵向间距，不同横向间距和等横向间距，不同纵向间距的叉排、顺排圆柱列分别在湍流流态时的流动特性。结果表明：顺排的传热系数一般比对应叉排的传热系数低，但压降也较低。