舒梦梅，卿德藩，王红兵

(南华大学 机械工程学院，湖南 衡阳 421001)

0 引 言

缩放管是一种应用广泛的强化管，对管程和壳程流体均具有较强的强化传热作用。与其他强化换热管相比，具有曲面过渡平滑、流阻较小、不易结垢等优点，而且加工简单，制造成本低廉。因此，在电力、化工、石油以及制冷等行业中得到广泛的应用。

国内外学者对缩放管强化传热性能进行了大量研究[1-10]，但对管内流体脉动条件下缩放管传热问题进行研究的较少。因此，笔者建立合理的数学模型，利用Fluent软件进行数值模拟，研究脉动振幅、脉动频率和不同扩缩比对缩放管传热性能和沿程阻力的影响。并结合实际工程应用中的结构参数，建立合适的物理模型，对管子的综合性能进行研究。

1 研究模型建立

1.1 物理模型

根据某实际工程应用中缩放管的参数结构，为便于数值模拟计算管内流动和传热效果的影响，在建立缩放管物理模型时设定缩放管总长L=1 000 mm，节距P=12 mm。在缩放管进出口各设置了50 mm的直管段，使流体在进出口处流动充分。为了后面书写方便，定义扩缩比γ=L1/L2。缩放管结构模型如图1所示。

图1 缩放管结构

1.2 数学模型

缩放管内流体流动遵循基本守恒定律，因此可用质量守恒、动量守恒和能量守恒三大定律来进行数学描述。基于缩放管的结构对称性，假设的模型可简化为二维计算区域，只在x和y方向有投影，故方程组可表示为以下形式[11-13]：

质量守恒方程：

(1)

动量守恒方程：

(2)

能量守恒方程：