湍流强化传热反馈控制机理

• 作 者: 潘利生
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 反馈控制 强化传热 大涡模拟 拟序结构

湍流问题是近代物理学的难点,湍流边界层拟序结构则是近代湍流研究的重要发现。湍流广泛存在,开发有效的湍流控制技术对人类的发展有重要意义。本文依据湍流边界层拟序结构理论的基础,研究湍流反馈控制模式,在湍流流场中输入控制,达到强化传热的目的。运用亚格子动力模型对矩形空槽道进行了大涡数值模拟,获得充分发展湍流流场,展现湍流拟序结构的变化过程。采用法向速度控制模式,分别在y~+=3、y~+=15、y~+=30、y~+=50和y~+=70处输入反馈控制。其中y~+=3位于近壁面区域的粘性底层;y~+=15、y~+=30和y~+=50位于近壁面区域的过渡层;而y~+=70位于近壁面区域的对数律层。应用大涡数值模拟计算方法对这五种情况进行模拟计算。将五种反馈控制输入方法的计算结果与无控制输入的计算结果进行比较,分析对比五种输入方法对传热效果和湍流结构的影响,得出强化传热效果最佳的控制方法。研究结果表明:在y~+=3和y~+=15处输入反馈控制时,流场的传热效果明显加强。但是在y~+=3处输入反馈控制时,反馈控制的影响区域过于狭窄,仅存在于反馈控制区;在y~+=15处输入反馈控制时,反馈控制的影响区域不仅存在于反馈控制区,而且可以延续相当长的一段距离,强化传热效果更明显。综合考虑,在近壁面区域的过渡层y~+=15处输入反馈控制,能够得到较好的强化传热效果。