马小晶，胡申华，闫亚岭

（1.新疆大学电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

0 引言

波节管传热器具有传热效率高、不易结垢和热补偿性好等优点[1]。采用数值模拟方法对传热管管内流场和温度场进行研究，可以得到实验方法无法得到的管内流速分布和温度分布。目前，大量关于波节管的模拟计算仅限于二维，将实际的三维物理模型简化为二维模拟模型已经无法满足研究的要求。为此，本文在前人二维模拟的基础上建立三维模型，对波节管的管内流动及传热特性进行分析，以对真实管内的速度场和温度场有更加清楚、直观、真实的了解与认识，为进一步探索场协同理论与波节管强化传热机理的研究奠定基础。

1 场协同原理简介

文献[2]最初提出场协调原理是针对稳态二维层流边界层流动提出来的，但通过广泛的实证研究[3-4]已推广到三维和湍流流动。文献[5]从能量方程的一般形式导出湍流Nu（努塞尔数）与局部时均参数的关系式，并进行数值验证；从而提出了三维场协同关系式

式中， Nu、Re、Pr分别表示努塞尔数、雷诺数和普朗特数；β为速度矢量与热流矢量的夹角；为速度矢量；∇为无量纲的温度梯度。

从式（1）、（2）可以看出，改变流速、温差、流体的物性或者改变Re和Pr均可以控制对流传热的强度；同时，从矢量点积还可以看出，流体速度矢量与热流矢量的夹角β对对流传热的强度起着很重要的作用。场协同原理就是指速度场与温度梯度两个矢量场的协同，即一定的速度和温度梯度下，减小二者之间的夹角可强化对流传热，所以应尽可能使两者平行[6-8]。……