不同深度凹陷内湍流流动与传热性能的数值研究

摘要/Abstract

摘要：

摘要：采用标准kω湍流模型对具有不同深度的凹陷涡发生器表面湍流传热性能进行了数值计算，获得了雷诺数(Re)在8 500～60 000内不同深度的凹陷表面湍流传热、流阻和流动特征,并拟合了传热和摩擦因子关系式.凹陷表面平均传热性能和摩擦因子随着深度的增加而增大，并且Re越高传热性能和摩擦因子越高.在低Re值（Re=8 500）时深度比(σ,凹陷表面深度与截面直径之比)为0.1和0.3的凹陷传热相差不大，平均性能较光滑平板增强约40%左右；而在高Re值（Re=50 500）时后者比前者传热提高约11%，平均换热性能较光滑平板分别增强42.1%和51.6%，摩擦因子提高30%~120%.相对于光滑通道，凹陷表面综合热性能提高10%~35%，综合热性能随凹陷深度的增加而逐渐减小.详细的凹陷表面传热分布还表明，深度比为0.1和0.2的浅凹陷涡发生器局部传热分布对称，而深度比为0.26和0.3的深凹陷局部传热分布是非对称的，这主要是由于浅凹陷与深凹陷内部具有不同的涡流结构.

关键词:

凹陷深度；涡发生器；燃气轮机冷却；强化传热；低流阻

Abstract:

Abstract： Based on numerical simulations, the friction factors and heat transfer coefficients of four dimples with different depths were obtained by using the standard kω turbulence model, and the relations for the heat transfer and friction factors were also presented when the Reynolds number (Re) varies from 8 500 to 60 000. The results showed that the average heat transfer coefficient and the friction factor gradually increase with the increasing of the depth. They also increase as the Reynolds number increases. In the case of Re=8 500 and σ=0.1 or 0.3 (σ: the ratio of depth to face diameter), the average heat transfer coefficient and the friction factor are almost invariant, the average heat transfer coefficient increases 40% to flat plate channel. Compared with the depth of σ=0.1, a dimple depth of σ=0.3 achieves a heat transfer enhancement of more than 11% at the Reynolds number of 50 500. Compared to the flat plate channel, the average heat transfer performances of the dimpled channels increase by about 42.1% and 51.6%, friction factors increase 30% and 120%, respectively; and also the overall heat transfer coefficients increase by 10% to 35%; the heat transfer coefficient decreases as the increase of the depth. The distribution of local Nusselt number in the flow direction of shallow dimpled channel at a dimple depth of σ=0.1 and σ=0.2 is symmetric. However, it becomes asymmetric in deep dimpled channel at a dimple depth of σ=0.26 and σ=0.3. The reason may be the different vortex structures in shallow dimples and deep dimples.

Key words:

dimple depth; vortex generator; gas turbine cooling; heat transfer enhancement; low pressure drop

中图分类号:

TK 47

杨云，饶宇. 不同深度凹陷内湍流流动与传热性能的数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(1): 18-.

YANG Yun,RAO Yu. A Numerical Study of Turbulent Flow and Heat Transfer of Dimples at Different Depths[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2017, 51(1): 18-.

参考文献

［1］曹玉章，陶智，徐国强，等. 航空发动机传热学［M］. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.
［2］申仲旸，谢永慧，张荻. 布置球窝的U型冷却通道传热性能研究［J］. 西安交通大学学报，2013，47(3)：108-113.
SHEN Zhongyang, XIE Yonghui, ZHANG Di, et al. Heat transfer performance of Ushaped coolant channel with dimple structure［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2013，47(3)：108-113.
［3］MOON H K. Channel height effect on heat transfer and friction in a dimpled passage［J］. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2000, 122(2): 307-313.
［4］RAO Y, LI B, FENG Y. Heat transfer of turbulent flow over surfaces with spherical dimples and teardrop dimples［J］. Experimental Thermal and Fluid Science, 2015, 61: 201-209.
［5］SYRED N, KHALATOV A, KOZLOV A, et al. Effect of surface curvature on heat transfer and hydrodynamics within a single hemispherical dimple［J］. Journal of Turbomachinery, 2001, 123(3): 609-613.
［6］赵鹏，刘高文，朱晓华，等. 间距对凹坑强化传热和流动阻力的影响［J］. 航空动力学报，2009,24 (10)：2266-2271.
ZHAO Peng, LIU Gaowen, ZHU Xiaohua, et al. Influence of dimple space on heat transfer enhancement and pressure loss in a dimpled rectangular channel［J］. Journal of Aerospace Power, 2009,24 (10)：2266-2271.
［7］BURGESS N K, LIGRANI P M. Effects of dimple depth on channel Nusselt numbers and friction factors［J］. Journal of Heat Transfer, 2005, 127(8): 839-847.
［8］TAY C M, CHEW Y T, KHOO B C, et al. Development of flow structures over dimples［J］. Experimental Thermal and Fluid Science, 2014, 52(1): 278-287.
［9］YU R, FENG Y, LI B, et al. Experimental and numerical study of heat transfer and flow friction in channels with dimples of different shapes［J］. Journal of Heat Transfer, 2014, 134(12): 723-732.
［10］冯岩，饶宇，李博. 凹陷涡发生器形状对湍流流动与传热性能的影响［J］. 上海交通大学学报，2015, 49(5): 614-619.
FENG Yan, RAO Yu, LI Bo. Influence of dimple shapes on turbulent flow and heat transfer ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2015, 49(5): 614-619.
［11］GEE D L, WEBB R L. Forced convection heat transfer in helically ribroughened tubes［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1980, 23(8): 1127-1136.
［12］MAHMOOD G I, HILL M L, NELSON D L, et al. Local heat transfer and flow structure on and above a dimpled surface in a channel［J］. Journal of Turbomachinery, 2001, 123(1): 115-123.
［13］ISAEV S A, KOMEV N V, LEONTIEV A I, et al. Influence of the Reynolds number and the spherical dimple depth on turbulent heat transfer and hydraulic loss in a narrow channel［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2010, 53(1): 178-197.

编辑推荐 0

Metrics

阅读次数

全文

173

HTML			PDF

最新录用	在线预览	正式出版	最新录用	在线预览	正式出版
0	0	0	4	0	169

来源	本网站	其他网站

次数	24	149
比例	14%	86%

摘要

936

最新录用	在线预览	正式出版

65	0	871

来源	本网站	其他网站

次数	366	570
比例	39%	61%

[1]	赵子任1, 杜世昌1, 黄德林1, 任斐2, 梁鑫光2. 多工序制造系统暂态阶段产品质量#br# 马尔科夫建模与瓶颈分析[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(10): 1166-1173.
[2]	周鹏辉, 马红占, 陈东萍, 陈梦月, 褚学宁. 基于模糊随机故障模式与影响分析的#br# 产品再设计模块识别[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(10): 1189-1195.
[3]	李昌玺1, 2, 周焰1, 林菡3, 李灵芝1, 郭戈1. 基于MIMOFNN模型的弹道导弹目标#br# 时空序贯融合识别方法[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(9): 1138-.
[4]	冯明月, 何明浩, 韩俊, 郁春来. 基于协方差拟合旋转不变子空间信号参数#br# 估计算法的高分辨到达角估计[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(9): 1145-.
[5]	杨平1，盛杰1，王禹程2，李柱永1，金之俭1，洪智勇1. YBa2Cu3O7δ超导带材非均匀性对失超传播特性的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(9): 1090-1096.
[6]	王星, 周一鹏, 田元荣, 陈游, 周东青, 贺继渊. 基于改进遗传算法和SinChirplet原子的调频#br# 雷达信号稀疏分解[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(9): 1124-1130.
[7]	张良俊1, 2, 李晓慈1, 吴静怡1, 蔡爱峰1. 大型空间展开机构微重力环境模拟#br# 悬吊装置热结构耦合分析[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(8): 954-961.
[8]	夏海亮1, 2, 刘亚坤1, 2, 刘全桢3, 刘宝全3, 傅正财1, 2. 长持续时间雷电流分量作用下电极形状#br# 对金属烧蚀特性的影响[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(8): 903-908.
[9]	谷家扬, 谢玉林, 陶延武, 黄祥宏, 吴介. 新型浮式钻井生产储油平台#br# 涡激运动数值模拟及试验研究 [J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(7): 878-885.
[10]	林达, 朱益佳, 魏小栋, 王志宇, 张武高. 喷油参数对聚甲氧基二甲醚/柴油发动机燃烧及其#br# 颗粒物排放的影响[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(7): 787-795.
[11]	孟庆阳1, 阎威武1, 胡勇1, 程建林1, 陈世和2, 张曦2. 基于子空间方法的超超临界机组#br# 过热蒸汽系统模型辨识[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(6): 672-678.
[12]	蒋华军a, 蔡艳a, b, 李超豪a, 李芳a, b, 华学明a, b. 基于改进Sobel算法的焊缝X射线图像#br# 气孔识别方法[J]. 上海交通大学学报, 2017, 51(6): 665-671.
[13]	董冠华,殷勤,殷国富,向召伟. 机床结合部耦合动刚度的辨识与建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(09): 1263-1434.
[14]	谢启江，余海东. 硬岩掘进机刀盘载荷与撑靴接触界面刚度的耦合关系[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(09): 1269-1275.
[15]	仲健林1，马大为1，任杰1，李士军2，王旭3. 基于平面应变假设的橡胶圆筒静态受压分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(09): 1276-1280.