横掠紧凑叉排管束流动的数值模拟与分析

横掠紧凑叉排管束流动的数值模拟与分析内容摘要：

.... V——— 39。 ● ?_?_l__● 图 1紧凑叉排管束的排列方式示意图 2计算结果及分析 如图 3所示为横掠六排管束流动的速度矢量 分布特征 .由于管束之间的挤压作用 ,使得流体 在管束间隙处获得 了加速 ,高速流体在下游又撞 击下一排的管束表面 ,出现分流 .此外 ,靠近壁 面的管束区域由于阻塞比较小 ,因此管束两侧的 流速较中心区域的管束附近大 .在靠近壁面的第 二到第五排管束上下的流体分布并不对称 ,主流 流体绕 S形路线通过管束区域 .在远离壁面的 管束区域 ,流体在圆管上下的分布逐渐趋于对称 . [1081第 33卷第 1期 2020— 1(下 ) 图 2管束区域的网格 图 3横掠六排管束的速度矢量图 如图 4(a)可见速度分量 U的波动呈两头大 , 中间小的分布情形 .中间部分的速度最大值为自 由来流的 2倍左右 (2U),而在两端 最大速度会增 加到 4U左右 ,在靠近壁面处出现了少量的回流 , 即速度为负值的情况 ,其大小为 1U左右 .这主要 是因为此处流体在撞击下一排管束后 ,流体分布 不对称 ,主流绕过管束以后会有少量流体继续沿 着管束表面向上游回流 .由图 4(b)可以看出速 度分量 v的整体波动幅度基本不变 ,大概为 8U. 速度波动的中心轴线在两端处会由 v/U=0偏移 至 v/U=177。 2左右 .这表明 ,靠近两端处流体在 撞击下一排管束后流速分配不再对称 . 为了进一步对管束内的流场进行分析 ,研究 紧凑管束对流体的扰动特性 ,如图 5所示为第一 , 三排管束后的 速度和压力分布情况 .从速度分量 v 的分布曲线可以看出第一排与第三排管束后的速 度分布曲线呈对称分布状态且进乎重合可以判断 出对于紧凑排列的叉排管束 ,在经过第一排管束 以后流场的速度分布已经稳定 ,不会像稀疏管束 l生勺似 e 口 (a)u速度分量分布 (b)v速度分量分布 图 4管束区域 Y方向的分布曲线 图 5第一三排管束后的速度分布曲线与第一排管束后的压 力分布曲线 (s/d2)那样要经过四五排管束的作用 ,流场才趋 于稳定… .另外 ,在速度分布曲线中可看出流体 速度沿纵向上下波 动较大 .这主要是由于管束间 距较小 ,流体在绕过管束流动的时候获得了较大 的加速 ,使得在管束间隙与管束后沿的速度差较 大 ,形成速度波动 .虽然速度的绝对值上下波动 较大 ,但其平均值的变化还是比较平缓的 .由图 中可以看出平均速度在纵向呈近似的抛物线分布 , 两端靠近壁面处的平均速度大于中间部分 .这点 变化。