刘青 王震 臧运艳

摘 要：T型圆管结构有着广泛的应用，但在实际使用中往往出现热疲劳现象。现对T型圆管中冷热流体的混合过程进行CFD数值模拟，以得到流体混合后的温度场分布，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。

关键词：T型圆管； 冷热流体混合； CFD数值模拟； 温度场

中图分类号：TG356文献标识码： A

1前言

当T型管主管和支管内流体的温度不相同并且当温度相差又很大，那么两种流体在主管支管交汇处就会发生强烈的相互掺混过程，这种掺混必然会产生热分层，而热分层现象是在浮升力以及自然对流的作用下在流体内部出现的一种现象，并且这种热分层现象的分界面并不是稳定不变的而是时刻处于一种波动的状态，在热传导和热对流的共同作用下流体和管壁要发生热交换，这种热交换也必定不是一种稳定的热量传导，势必会在T型管下游的壁面上产生相应的温度波动。本章对T型圆管中冷热流体的混合过程进行数值模拟，以得到冷热流体混合后的温度场变化，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。

2 模型建立和边界条件的确定

2.1 数学模型

本文所涉及的算例雷诺数较大，是湍流流态，那么在进行数值模拟的时候就需要采用湍流模型。其基本控制方程组包括连续性方程、动量方程以及能量方程，可表述成如下通用形式：

（2-1）

时间导数项 对流项 扩散项 源项

式中，为待求通用物理量，、为对应变量的输运系数及源项。

上述控制方程组进行雷诺时均处理将得到未知的二阶雷诺相关项，造成方程组不再封闭。……