双尺度串列圆柱绕流换热数值分析

"串列双圆柱绕流换热特性的数值研究 (2014年) - 江苏科技大学学报(自然科学版), 作者: 张东辉, 石珊, 王军, 陈宁" 该研究详细探讨了双尺度串列圆柱在流体动力学及换热方面的特性，主要采用有限体积法进行二维瞬态数值模拟。研究中，主圆柱直径D保持不变，而小圆柱直径d在0.2D到D的范围内变化，考虑了基于主圆柱直径D的雷诺数（ReD）为100和200的情况。通过调整间距比L/D，即小圆柱与主圆柱之间的距离与主圆柱直径的比例，模拟在L/D=2, 3, 3.5, 4, 5, 7的不同条件下进行。 研究的关键发现包括： 1. 流动型态转变的临界间距比位于2和4之间，这意味着当间距小于这个范围时，流动模式会发生显著变化。 2. 上游圆柱对下游圆柱的平均阻力系数有显著降低作用，而其自身的平均阻力系数受下游圆柱影响较小。这表明流体在通过圆柱阵列时，由于相互作用，阻力分布不均匀。 3. 小圆柱置于主圆柱后方（相对于前方）时，对换热过程更为有利。这可能是由于流体在经过第一个圆柱后的涡旋结构有利于增强对第二个圆柱的换热效果。 4. 当两圆柱的间距大于4倍直径之后，系统的总换热量对间距的变化不再敏感，表明在这种情况下，间距的微小变动不会显著影响总的传热效率。 5. 对于d/D=0.8和d/D=1的两种情况，总换热量增长率非常接近。这意味着在实际应用如列管式换热器设计时，可以考虑采用大小直径圆柱的组合，既能保持相近的换热性能，又能减少管材的消耗，从而实现经济效益。 这项工作不仅深化了对双尺度串列圆柱绕流和换热现象的理解，也为优化工程设计提供了理论依据。通过与其他文献的比较验证，研究结果具有较高的可靠性和实用性，尤其对于涉及多尺度结构的流体动力学和换热工程问题具有指导意义。关键词涵盖了多尺度结构、圆柱绕流和对流换热等核心概念，突显了研究的科学价值和工程应用前景。