管道膨胀中的湍流换热

参考资料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual

算例说明

本案例介绍了完全发展的湍流通过轴对称管膨胀加热流动。膨胀管下游的管壁以恒定的速率加热。

计算域：管道前段半径0.667m，后段半径1.6667 m

物质属性：密度1.225kg/m3，粘度1.68318e-5kg/m-s，比热1006.43J/kg-K，导热系数0.0242W/m-K

边界条件：入口温度273K，热通量为0.3 W/m2

网格划分

采用矩形网格，网格数量为38800

计算设置

本次计算为稳态轴对称计算。

• 物质属性
  

计算物质设置为空气，设置它的密度和粘性

• 湍流模型

选择SST k-omega湍流模型

• 边界条件
  

设置左侧入口边界条件，这里流速值和湍流参数有profile文件读入

profile文件下载地址： https://pan.baidu.com/s/1-lyMCk7uFglTaeGvPyDinA 密码: gahf

入口温度设置如下

出口为压力出口

入口段壁面为绝热边界

膨胀段壁面设置热通量

计算结果

• 计算域温度场云图

• 计算值与解析解对比

沿加热壁面位置处努塞尔数对比图表

参考文献

J.W. Baughn, B.E. Launder, M.A. Hoffman, R.K. Takahashi, “Local Heat Transfer Downstream of an Abrupt Expansion in a Circular Channel With Constant Wall Heat Flux”, Journal of Heat Transfer, Vol 106, pp. 789-796, 1984