《橫掠圓管的二維流場有限差分分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、維普資訊http://www.cqvip.com第23卷第3期電力科學(xué)與工程V01．23．No．32007年7月ElectricPowerScienceandEngineeringJu1．，2007橫掠圓管的二維流場有限差分分析袁野，倪景峰，劉麗華(1．廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州516082：2．華北電力大學(xué)，北京102206)摘要：在合理劃分二維流場離散網(wǎng)格的M-J：，采用了有限差分方法求解流動微分方程，借助計算機(jī)編程獲取目標(biāo)流場中各結(jié)點的最終離散值，并生成流場的流動速度矢量示意圖。針對橫掠圓管流場

2、的有限差分分析，對換熱器的性能改進(jìn)以及現(xiàn)場優(yōu)化運行有一定的參考價值。同時，這種利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值離散求解流場的手段，相比搭建實驗臺進(jìn)行實驗?zāi)M流場而言，具有經(jīng)濟(jì)性好、模擬速度快等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：二維流場；換熱器；流函數(shù)；有限差分中圖分類號：TM714文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A數(shù)問題的近似數(shù)值解法。0引言流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識規(guī)定，定常流動，是指流場中空間點上的運動參數(shù)在不同時間內(nèi)都有確定的電站設(shè)備的換熱裝置，如高壓加熱器、低壓加值，即它們只隨空間點改變，而不隨時間t變化；不熱器、冷凝器等，有不同形態(tài)的流場。其中，最為可壓縮流體，

3、是指在壓力作用下不改變其體積的流典型的是流體橫掠圓管的流動。換熱器外殼為長體p】。由于換熱器中冷卻水的壓力較低，且流場分方體結(jié)構(gòu)，冷卻水自左向右流動；換熱器內(nèi)銅管為布不受時間影響，因此，可將冷卻水的流動視作定中空圓管，交錯布置形成管束，管束的軸線與水流常不可壓縮平面勢流。冷卻水流動的控制方程為方向垂直，蒸汽自前向后流動。工程中實際流場均為三維流場，但由于三維流甏+V=0場的復(fù)雜性，同時考慮到換熱器均勻性及對稱性，可對于上述的二維流場進(jìn)行分析，必須給出定解以將三維流場轉(zhuǎn)化為二維流場。本文采用有限差分條件。定解條件

4、含初始條件、邊界條件，它們是求的方法求解流體橫掠圓管的平面流場(即二維流場)解微分方程不可或缺的條件】。例如，非定常問問題。當(dāng)離散結(jié)果貼近實際時，就可以將有限差分題必須給出初始條件，而對于空間求解域，由于用的方法再進(jìn)一步推廣到三維流體，求解整個換熱器有限差分求解流場時總是取有限空間，所以必須給中的流場效果。出邊界條件。給出的定解條件合適與否直接影響到求解微分方程的效果。定解條件的個數(shù)以及給出初1有限差分方法應(yīng)用于二維流場始條件和邊界條件的位置往往需要結(jié)合流場的具體實際來確定。有限差分方法是數(shù)值解法中較為常用的方

5、法。它是將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個網(wǎng)格節(jié)點2離散求解二維流場代替連續(xù)的求解域，然后將偏微分方程的導(dǎo)數(shù)用差商代替，推導(dǎo)出含有離散點上有限個未知數(shù)的差分2．1目標(biāo)流場區(qū)域及網(wǎng)格劃分方程組】。求差分方程的解，就是微分方程定解問顯然，交錯排列的管束也具有對稱性，進(jìn)一步題的數(shù)值近似解，這是一種直接將微分問題變?yōu)榇喕?，使平面流流?jīng)管束的問題簡化成平面流流經(jīng)收稿日期：2007-04-07．作者簡介：袁野(1975一)，男，廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司助理工程師維普資訊http://www.cqvip.com第3期袁野，

6、等橫掠圓管的二維流場有限差分分析49單個圓面的情況。該流場即所要分析的橫掠圓管的b二維流場，進(jìn)行網(wǎng)格劃分的流場示意圖如圖1所示。J『／，／G，／／／，，／r／，／：一F，／，／／，／／P(i，)IlIllIJlIlll7llIllllllIIlrlllllllII『lII、七u=l5lfflIIl『lIllElIllIllIIIlf3IIJIIJIII／rllJ、＼產(chǎn)llIIlIllb，+卜卜一，0盧：l357911315／QP＼I／一==T一一J—1f一1)h15-i)h，／／／，／J，，，／，／

7、，廠，／，

8、，／，，l／，，廠，r／，，／／、(b)(c)圖1橫掠圓管的二維流場的網(wǎng)格劃分示意圖圖2邊界結(jié)點、內(nèi)結(jié)點、毗鄰邊界結(jié)點的示意圖點，如圖2(a)所示；如果P結(jié)點上下左右相鄰的考慮到平面流場橫掠圓面，所有空間尺寸以圖4個結(jié)點結(jié)點、結(jié)點、Q結(jié)點、結(jié)點均落在面半徑為單位，即r=I。有限差分方法適合于有限CDEFGC區(qū)域內(nèi)(包括邊界)，稱P結(jié)點為內(nèi)結(jié)的流體區(qū)域，設(shè)在離圓面中心3．5r的左邊區(qū)域流點，如圖2(b)所示；如果P結(jié)點上下左右相鄰動受圓面的擾動影響可以忽略不計，流速均勻分的4個結(jié)點中有任意一個落在CDEFGC區(qū)域

9、外，布，該處速度沿軸正方向，=I。如．I所示，則稱P結(jié)點為毗鄰邊界結(jié)點，如圖2(c)所示。鑒于流動上下對稱、左右對稱，取圖中網(wǎng)格區(qū)域2．3采用的有限差分方程CDEFGC流場進(jìn)行計算，然后根據(jù)對稱性將計算本文分析的是定常流動，運動參數(shù)的變化與時結(jié)果應(yīng)用于整個流場。間f無關(guān)，求解微分方程只需給出邊界條件即可。對二維流場的離散可采用離散網(wǎng)格的方法，離對上述3種類型的結(jié)點采用不同的離散方法，因