渦流管旋流流場特征的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究.pdf

1、渦流管是一種不需要任何運動部件就能把壓縮氣體分離為兩股具有顯著溫度差異氣流的簡單熱力裝置。但是由于經(jīng)由噴嘴切向進氣導致的高轉(zhuǎn)速旋流，使渦流管內(nèi)部流場流動結(jié)構(gòu)變得具有強烈紊亂度的湍流，導致渦流管自上世紀三十年代發(fā)明出來至今一直無法得到一個一致的關(guān)于其能量分離機制的認知。
　　顯而易見，旋流主導著渦流管的內(nèi)部流動，關(guān)于渦流管內(nèi)的旋流特性研究并不多見，但是在其他有旋流的設(shè)備當中，高強度旋流由于渦旋破碎誘導產(chǎn)生的位于中央回流面附近的進動渦

2、核被認為是旋流中的一種擬序結(jié)構(gòu)，可以在一個峰值頻率下偏離管道中心并繞著軸線做周期性運動，這種流動結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生對旋流本身產(chǎn)生了極大的影響。在歷來渦流管流動結(jié)構(gòu)研究中，關(guān)于其旋流特性的分析并不充分，對于進動渦核這種大尺度擬序結(jié)構(gòu)的研究有助于更好地理解渦流管的內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)，以期得到一個更合理的關(guān)于能量分離的解釋。
　　本文中采用非定常求解模式計算三維渦流管內(nèi)的內(nèi)部流場，雷諾應(yīng)力模型用于封閉Navier-Stokes輸運方程，在FLUENT

3、15.0中數(shù)值模擬計算渦流管的內(nèi)部旋流。將時均總溫溫度分離結(jié)果與實驗結(jié)果對比以確保模型的準確性。當考慮到渦流管瞬態(tài)流場時，第一次得到了渦流管中的旋流數(shù)，將該幾何結(jié)構(gòu)下的渦流管內(nèi)部流場歸類為高強度旋流流動。通過幾種方法展示了渦流管瞬態(tài)速度場中的周期性振蕩，同時等渦量面很好的顯示了渦流管流場的螺旋結(jié)構(gòu)。而在子午面上，根據(jù)從瞬態(tài)計算一開始的一系列軸向速度場的發(fā)展，可以分析出渦流管內(nèi)的渦旋破裂形式。另一些證據(jù)表明，流管流場中的渦核偏離流道中心并