空气在高壁温通道内传热特性研究

1、空气在高壁温通道内传热特性研究论文导读：采用数值模拟的方法。数值模拟，空气在高壁温通道内传热特性研究。关键词：高壁温，传热特性，数值模拟，等热流0 前言电力机车在电制动时将机车的动能转变为电能，局部电能消耗在电阻制动带上而变为热能。如果电阻制动带上的热量不能有效散失，电阻制动带就容易断裂或搭接在一起，对行车平安造成严重威胁。为解决这一问题，必须改良电阻制动带结构，使其在空气流经其外表时能带走更多热量，从而降低电阻制动带外表温度，使制动带的作用得以充分发挥，因此了解电阻制动带通道内的流动与换热情况就十分必要。本文作者已经对空气在低Re数、常物性情况下韶山七型电阻制动带通道内的流动与换热特性作过研

2、究。由于电阻制动带上通过的电流较大，而电阻制动带的电阻很小，故机车在电制动时，电阻制动带壁面上的温度会很高式中为通用变量，可以代表1, u, v, w, T等求解变量；为广义扩散系数； ，分别代表由于压力及速度而引起的源项。进、出口为周期性边界条件：式式中为截面上空气平均温度，为截面上壁面平均温度，其定义式为：其中在本文中代表截面上壁面的面积。壁面BC，DE，FG，HI, JK, MA边界条件：, , .式中为壁面上热流密度。上、下面式中 表示法线方向。压力进出口边界条件：图1(d)和图1式中:, ,为适体坐标轴方向符号，为计算平面与物理平面的转换因子，逆变速度U，V，W及Jacobi因子可表

3、示为：,式中，亦为计算平面与物理平面的转换因子。科技论文，数值模拟。Re, f, Nu以电阻制动带间距S为定型尺寸，其数学表达式为：， ,2 离散方法及数值方法将适体坐标系中的控制方程，在控制容积上积分，导出计算平面上的三维通用微分方程的离散形式为：(11)式中系数、均采用乘方格式。科技论文，数值模拟。根据导出的计算平面上通用控制方程的离散表达式，计算中采用了推广后的可压缩流体同位网格上的SIMPLE算法，并采用Rhie-Chow的方法计算界面上逆变速度。本文以开缝长度L等于6mm,攻击角等于30度，Re=1000时的情形为例，对数值计算的结果进行了网格考核，结果如表1所示。从表上的结果可以看

4、出，加密或稀疏网格对数值计算结果影响很小，因此所得的数值解是网格独立的解.本文计算时采用的网格数为1203454。表1 网格考核结果 grid number Nu f 1002827 13.0185 0.331 1002854 12.6897 0.328 1203454 12.7372 0.336 3 结果及分析3.1 开缝长度L对Nu数、阻力系数的影响图3显示在相同攻击角、不同开缝长度的情况下，Nu数随Re的增加而增加，阻力系数随Re的增加而减小。攻击角相同的情况下，增大开缝长度，Nu数增加，阻力系数在攻击角等于250时随着开缝长度的增加而减小，其他两种情况下开缝长度等于5mm时阻力系数最小

5、。图3 相同攻击角、不同开缝长度的情况下，Nu数和阻力系数f随Re的变化规律3.2攻击角对Nu数、阻力系数的影响从图4中可以看出，在开缝长度相同、攻击角不同的情况下，Nu数随Re的增加而增加，阻力系数随Re的增加而减小。开缝长度相同的情况下，增大攻击角，Nu数有明显的增加，但阻力系数的变化略有不同，开缝长度L=4mm时，攻击角为300时阻力系数较其他两种情况小，开缝长度L=5mm时，攻击角为350时阻力系数较其他两种情况小，开缝长度L=6mm时，阻力系数随着攻击角的增加有明显的增加。科技论文，数值模拟。4 结论本文通过数值模拟的方法研究了高壁温变密度情况下电阻制动带内周期性充分开展的层流流动，说明了不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数f的影响。科技论文，数值模拟。得出的结论为：开缝长度L=5mm，攻击角=300是最优参数，可获得