,

(上海电力学院 能源与机械工程学院,上海 200090)

流体横掠圆柱体是工程中换热器最常见的流动工况。长期以来,国内外的科学家和工程技术人员对此流动工况进行了大量的研究,研究手段有试验和数值模拟两种。由于试验的条件常会受到限制,因此随着计算机的发展,自20世纪80年代以来,数值模拟成为常用的研究手段。

流体横掠圆柱体的工况极其复杂,涵盖了层流、紊流、旋涡脱落、宏观流体掺混动量交换及复杂的列结构等。通常认为,横掠圆柱体的流态主要由来流雷诺数(Re)决定。在非常低的Re下,圆柱尾部会出现不脱落的附着涡;随着Re增大,附着涡脱落,形成周期性层流涡街;当Re继续增大,流态会发生转捩,分别从远尾迹区、近尾迹区和圆柱面上开始转捩为湍流。

国内外学者对流体横掠圆柱体做了许多试验研究,分别得出不同Re下圆柱扰流的流动特征和旋涡的斯特罗哈数(St)、柱体阻力系数(Cd)以及分离角的位置等[1-8]。

采用直接模拟、大涡模拟和雷诺时均模拟等方法对亚临界雷诺数范围内的圆柱扰流进行了数值模拟,得到了各雷诺数下圆柱后的尾流流动特性[9-19]。

在紊流工况下,数值模拟的难度大大增加,现有的处理紊流的数学方法均存在各种各样的限制,还不能很好地模拟流体横掠圆柱体的所有紊流工况。采用层流方法可以大大降低计算难度和计算量,然而数值计算中的流态选择和临界雷诺数还未有明确的标准。可以确定的是,临界雷诺数不应是2 300,这是用来判断紊流的雷诺数值。……