[发明专利]自适应形变的微型方柱涡流发生器的尺寸设计及布置方式

权利要求书

1.一种自适应形变的微型方柱涡流发生器的尺寸设计及其布置方法，微型方柱涡流发生器采用自适应形变材料制作，底面固定在换热器表面、垂直于换热器内流体流动方向、呈阵列式布置若干个，置于换热器内的湍流边界层过渡区，几何高度不到换热器湍流边界层厚度的十分之一，基于上述自适应形变的微型方柱涡流发生器的尺寸设计及其布置方式，包含以下步骤：

步骤一：测量换热器特征长度L单位为：m、换热器的流向截面A单位为：m²、换热器的通道长度L₀单位为：m，平均流速U_m单位为：m/s，根据换热器内的质量流量公式Q＝U_mA，单位为：m³/s，推算或者通过测量得到，流体的密度ρ单位为：m³/kg，已知，流体的动力粘度μ单位为：kg/(m·s)，已知，则流体的运动粘度单位为：m²/s，计算出，进而确定

步骤二：在ANSYS ICEM中建立换热器的抽象物理模型并进行网格划分：利用经验公式L单位为：m，是特征长度，令y⁺＝1，确定换热器模型边界上第一层网格的高度Δy单位为：m，在换热器模型边界第一层网格确定的基础上，按照网格划分方法，得到数值计算所需的计算网格；

步骤三：在ANSYS Fluent中导入步骤二得到的计算网格，利用数值模拟方法进行计算，换热器进出口边界条件采用周期性边界条件、保持恒定质量流量，根据数值模拟结果，得到换热器模型表面的剪切应力τ_w，单位为：N/m²，换热器模型表面即需要强化传热的对象；

步骤四：利用数值模拟结果中的换热器模型表面的剪切应力τ_w，单位为：m N/m²，已知流体密度ρ，单位为：kg/m³，计算换热器模型表面的摩擦速度单位为：m/s；

步骤五：无量纲高度由流体的运动粘度ν，单位为：m²/s，和摩擦速度u_τ，单位为：m/s计算得到，y单位为：m是实际高度，ρ单位为：kg/m³是流体密度；y⁺＝1时表示单位无量纲高度；令y⁺＝1，得出单位无量纲高度所对应的实际高度y₁，单位为：m；

步骤六：设过渡区无量纲高度y⁺取值范围在5～60；令y⁺＝5，得到无量纲高度为5时对应的实际高度y₅；令y⁺＝60，得到无量纲高度为60时对应的实际高度y₆₀；由此得出对应的实际高度y₅～y₆₀，单位为：m，此实际高度作为涡流发生器的可选几何高度范围；

步骤七：将自适应形变的微型方柱涡流发生器的几何高度设置为y₅～y₆₀，单位为：m，呈阵列式、等间距布置在实际的换热器表面。