第 4 章 内 部 冷 却 通 道 的 雷 诺 平 均 (RANS) 模 拟内 部 冷 却 通 道 中 流 动 复 杂 , 弯 头 区 域 存 在 大 分 离 是 预 测 其 流 动 传 热 特 征 的 难点 之 一 。 本 章 采 用 雷 诺 平 均 (RANS) 方 法 , 分 别 对 光 滑 、 带 肋 和 抽 吸 三 种 通 道Re=50000 的 工 况 进 行 了 数 值 模 拟 , 并 通 过 与 实 验 的 对 比 分 析 传 热 分 布 的 物 理 机理 。4.1 数 值 计 算 方 法湍 流 是 一 种 复 杂 的 三 维 非 稳 态 、 带 旋 转 的 流 动 , 可 以 视 为 各 种 不 同 尺 度 涡 的叠 加 , 其 中 大 涡 受 边 界 条 件 的 影 响 , 是 各 向 异 性 的 , 内 部 冷 却 通 道 中 的 流 动 就 是一 种 包 含 大 分 离 的 复 杂 流 动 。本 文 采 用 重 整 化 群 模 型 (RNG k − ε 模 型 ) 对 光 滑 通 道 、 无 抽 吸 的 带 肋 通 道 和带 气 膜 孔 抽 吸 的 带 肋 通 道 进 行 模 拟 。RANS 法 通 过 求 解 时 均 化 的 N-S 方 程 , 不 仅避 免 了 DNS 法 和 LES 法 计 算 量 巨 大 的 问 题 , 而 且 在 实 际 应 用 中 也 能 取 得 较 理 想的 结 果 , 因 此 在 实 际 工 程 、 科 研 教 学 中 RANS 法 仍 然 广 泛 应 用 。RNG k − ε 模 型基 于 标 准 k − ε 模 型 , 它 在 ε 方 程 产 生 项 系 数 中 引 入 了 主 流 的 时 均 应 变 率 。 与 标 准k − ε 模 型 相 比 ,RNG k − ε 模 型 在 计 算 包 括 流 线 弯 曲 、 涡 旋 等 流 动 时 更 好 。 本 文基 于 SIMPLE 压 力 速 度 耦 合 算 法 展 开 计 算 , 压 力 采 用 STANDARD 差 分 方 法 , 其它 方 程 均 采 用 二 阶 精 度 的 QUICK 差 分 方 法 。 在 壁 面 附 近 采 用 Enhanced WallTreatment 处 理 方 法 。4.2 网 格 及 边 界 条 件4.2.1 网 格 分 布数 值 计 算 中 的 计 算 域 尺 寸 完 全 依 据 实 验 段 定 义 。 为 节 省 计 算 资 源 , 光 滑 通 道和 带 肋 通 道 采 用 Z 方 向 对 称 面 , 仅 进 行 一 半 建 模 。 图 4.1~4.3 分 别 描 述 了 光 滑 、带 肋 和 抽 吸 通 道 的 计 算 域 , 同 时 , 分 别 放 大 示 出 了 模 型 关 键 部 位 的 网 格 布 局 , 包括 弯 头 附 近 、 光 滑 通 道 的 弯 头 、 带 肋 通 道 的 肋 片 、 抽 吸 通 道 的 气 膜 孔 附 近 和 抽 吸24
间 与 通 道 的 连 接 处 的 网 格 造 型 。X 方 向 网 格 在 中 心 区 域 和 两 侧 的 肋 片 区 域 的 分 布分 别 为 6,20,6,Y 向 网 格 分 布 为 40,Z 方 向 40, 整 个 通 道 包 含 52 个 等 间 距 肋片 。 光 滑 通 道 网 格 总 数 为 150 万 , 带 肋 通 道 网 格 总 数 为 150 万 , 抽 吸 通 道 网 格 总数 为 350 万 。 除 非 常 接 近 进 口 处 的 区 域 , 全 场 y + 保 持 在 7 以 下 。图 4.1 光 滑 通 道 几 何 造 型 及 弯 头 处 网 格 分 布图 4.2 带 肋 通 道 几 何 造 型 及 网 格 划 分25