弧形涡流发生器对湍流相干结构及强化换热的影响OA北大核心CSTPCD

涡流发生器是一种常见的被动强化换热元件,因高性价比而受到广泛应用。本文针对带有弧形涡流发生器的方形管道,采用高时间分辨率粒子图像测速(Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV)技术和大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,研究了涡流发生器诱导的湍流相干结构特征及其对涡流发生器强化换热的影响。实验分析表明,湍流特征量统计图捕捉到了发卡涡涡腿和低速条带的印记。利用涡旋辨识准则提取了发卡涡和反向旋转的准流向涡对(Counter-rotating quasi-streamwise Vortices Pair,CVP),两者在弧形涡流发生器诱导的流场中共存且相互作用,随着涡旋结构演变与发展,其展向尺度不断增大。为研究湍流相干结构与强化换热的关系,通过数值模拟分析了湍流相干结构与温度梯度的空间分布情况,发现两者的分布具有良好的区域一致性,反映了湍流相干结构对强化换热的影响与控制。对比安装弧形涡流发生器前后的壁面平均努塞尔数,发现平均努塞尔数大幅提升,最大提升20%左右,且其沿流向的变化趋势与湍流相干结构的发展演化一致。