迪恩渦運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值研究

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1、第23卷第3期湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．23NO．32009年5月JournalofHunanUniversityofTechnologyMav2009迪恩渦運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值研究朱輝，湛含輝，李燦，彭彪(湖南工業(yè)大學(xué)，湖南株洲412008)摘要：借助數(shù)值方法，在極坐標(biāo)和笛卡爾坐標(biāo)系下對(duì)迪恩渦運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，在此基礎(chǔ)上，以長(zhǎng)500mm、管徑50mm的90o彎管為例，從徑向速度、軸向速度和速度環(huán)量3個(gè)因素出發(fā)，在不同的迪恩數(shù)下對(duì)彎管中迪恩渦的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，徑向速度在15o～75。截面上變化較小，而在入口和出口處則有劇增現(xiàn)象；軸向速度在整個(gè)彎管段呈近似波狀變化；速度環(huán)量隨迪恩

2、數(shù)的增大呈近似拋物狀變化。關(guān)鍵詞：迪恩渦；90。彎管；迪恩數(shù)；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TB126文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673—9833(2009)03—0058—05NumericalInvestigationontheCharacteristicsofDeanVorticesZhuHui，ZhanHanhui，LiCan，PengBiao(HunanUniversityofTechnology，ZhuzhouHunan412008，China)Abstract：MathematicsdescriptionsofDeanvorticesmovementswereperformedunde

3、rpolarcoordinatesandCartesianCoordinatesrespectivelythroughnumericalmethods．Andonthebaseofthemathematicsdescription，numericalsimulationwascarriedouttostudythecharacteristicsoftheDeanvorticesfromtheradialvelocity，axialvelocityandcirculation．Theresultsshowedthattheradia1velocityvariedslowlyinthecur

4、vedpipesbetweenthecross。section15。and75。．whileincreasedsignificantlyintheinletandoutletofthepipe，andtheaxialvelocityassumedwavyvariationinthewholecurvedpipe，whilethecir6ulationassumedparabolicvariationastheincrementofDeannumber．Keywords：Deanvortices；90。curvedpipe；Deannumber；numericalsimulationO引昌

5、渦的強(qiáng)度準(zhǔn)則數(shù)一一迪恩數(shù)，從而得出了影響迪恩渦的因素；J．Eustice【5認(rèn)為對(duì)于彎管流體運(yùn)動(dòng)，不存在彎管廣泛地存在于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，如風(fēng)機(jī)盤臨界速度，在流體運(yùn)動(dòng)過程中也不會(huì)出現(xiàn)壓頭損失的管、u形管換熱器、各種流體管網(wǎng)等。由于曲率效應(yīng)劇增，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了其可能的原因在的作用，在一定條件下彎管內(nèi)可能產(chǎn)生迪恩渦，使管于管內(nèi)流線型運(yùn)動(dòng)的微擾作用導(dǎo)致的流體不穩(wěn)定。后內(nèi)速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)發(fā)生變化。迪恩渦的產(chǎn)生使流體運(yùn)來的學(xué)者從迪恩渦的傳熱、傳質(zhì)、剪切等性能出發(fā)，利動(dòng)過程中阻力產(chǎn)生的能量損耗增大?；另一方面，迪用數(shù)值模擬以及LDV法對(duì)迪恩渦的流場(chǎng)分布也進(jìn)恩渦能在避免湍流的情況下提高流體的傳

6、質(zhì)和傳熱性行了研究。能]，因此，迪恩渦運(yùn)動(dòng)是一種利害兼?zhèn)涞牧黧w運(yùn)動(dòng)。迪恩渦既可以引起較高的流動(dòng)阻力，也能提高流以w．R．Dean『3為代表的國(guó)外學(xué)者對(duì)迪恩渦進(jìn)行體的傳熱、傳質(zhì)性能。因此，研究迪恩渦的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，了早期的研究。w．R．Dean在研究彎管流體運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)于彎管流動(dòng)的減阻設(shè)計(jì)、流體的強(qiáng)化傳熱、強(qiáng)化傳并驗(yàn)證了迪恩渦的存在，通過數(shù)值分析，提出了迪恩質(zhì)等有一定的理論指導(dǎo)意義。收稿日期：2009-04-20基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20876037)作者簡(jiǎn)介：朱輝(1983-)，男，湖南常德人，湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)槎瘟鲝?qiáng)化傳熱技術(shù)，E—mai1：

7、zhuhui2009@foxmail_com第3期朱輝，湛含輝，李燦，彭彪迪恩渦運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值研究591迪恩渦的運(yùn)動(dòng)形式述的迪恩渦運(yùn)動(dòng))為：迪恩渦是一種常見的物理現(xiàn)象，是在離心力的作(r)+-o，用下彎管中的粘性流體在一定的主流速度下所產(chǎn)生的一對(duì)按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的反向?qū)ΨQ渦旋(見圖1)。三}莩魯二+】=G(+r，二乏2，-一》]，c一2p魯一式中：物質(zhì)導(dǎo)數(shù)=；G為沿管流方向的壓力梯度，G：一。圖1迪思渦運(yùn)動(dòng)rdFig．1Thesche