图2.2圆管所受的周期性升力与阻力 R Re=200 0.30 Re=300 0.20 0.15 连锁区域 0.10 0.05 脱落频率变化的百分比 图2.3圆柱体运动的连锁频带
漩涡脱落可以诱发传热元件的振动.反过来,振动又使传热元 件的绕流状况发生变化.实验证实,若圆柱体以与漩涡脱落相近的 频率垂直于来流方向振动,则会迫使漩涡脱落的频率改变到圆柱 体振动的频率.如果振动频率是漩涡脱落频率的倍数或约数,这种 连锁效应也能够产生.在连锁频带的范围内,漩涡脱落颍率和圆柱 体振动的频率同步.图2.3示出了 Koopman在低雷诺数时测量到 的连锁频带,同时,圆柱体的振动还增加了漩涡脱落的强度和流动 阻力 1.2 Strouhal数 圆管的振动频率与漩涡的脱落频率有关,但理论上求解漩涡 脱落频率相当困难,因此工程实际中一般用 Strouhal数来确定漩 涡脱落的频率. Strouhal数定义为 f,D/U 式中,f—漩涡脱落的频率,Hz; U来流速度,m/s D圆柱体直径,m.非圆柱体时,为垂直于来流的最大宽 度 0.4 0.4 0.3 0.2 图2.4S-Re关系图
0.30 0.15 E 0.10 103 R 图2.5非圆截面的SRe关系图 4. 3.8 3.6 34 3o}0.1s 0.22 0180.22 2.8 26 2.0 0. 140.460.52/0.1 1.2 0.10 」↑LL 0.81.21.62.02.42.83.23.64.04.44.6 图2.6顺排管束中的S值
4.2 3. 3.4 0.40 0.23 2.6 2.4 0.30/0.25 l.8 1.4 0.70 0.29 1.0 0.40.81.21.62.02.42.83.23.64.04.4 图2.7错排管束中的S值 Strouhal数的大小一般取决于结构的剖面形状和雷诺数.图 2.4表示了流体横掠圆管时的 Strouhal数和Re的关系曲线,从图 中可以看到,在稳定的漩涡发放区域,即Re在300至2×105的范 围内,S的数值基本为一常数,约为0.21.当Re增加到3×105时 尾流开始不稳定,S的数值亦有较大波动.但Re继续增加并超过 3×10°后,卡门涡街重新出现,S又趋于稳定 当流体横掠某些非圆截面时,S的数值随物体形状发生较大 变化,不良绕流体截面的S一般较低 对于换热器中管東来说, Strouhal数是根据管外径和管间最 小截面处的平均流速决定的,S的值与管子的排列方式有关.图 2.6和图2.7分别给出了顺排管束和错排管束不同的S值 图2.6和2.7中显示的S值,与其他研究者的数据相比,显得 有些过高,被怀疑可能将声增强也包括进去了.图2.8和2.9示出 22·
0.625 0.4 0.8 1.50 0.了 2.00 0.5 0 .315 0.3 I.97 0.2 T/D T/D 图2.8顺排管束的 Strouhal数 图2.9错排管東的 Strouhal数 与节距比的函数关系 与节距比的函数关系 了Y.N.Chen的数据,也具有良好的规律性 对于密集的换热器管柬来说,上述结论却并不怎么适用.当管 子的横向间隙小于1个管径时 就不能从每根管上分 离出各自的漩涡,而是形成一个由两排管子共同组成的涡街.涡流 出现在两管的中心线上,构成了漩涡的重叠,如图2.10所示 图2.10两管排间的漩涡分离 23