基于k-■-k_θ-■槇模型的液态金属三角形棒束数值传热研究

作者：苏兴康; 顾龙; 李显文; 张璐; 盛鑫

来源：原子能科学技术, 2022, 1-12.

• 液态金属
• 流动传热
• 四方程模型
• OpenFOAM

相比恒定的湍流普朗特数（Prt）模型，四方程模型通过引入湍流时间尺度来考虑液态金属的速度和温度边界层之间的差异性，有望提高具有低普朗特数（Pr）传热特性的液态金属数值传热精度。然而四方程模型的输运形式受限于其复杂的边界条件。为简化湍流变量的边界条件，本研究基于泰勒级数展开和近壁湍流分析方法建立了各向同性四方程k-■-k_θ-■模型。基于开源计算流体力学程序OpenFOAM数值计算了液态金属（Pr=0.01）在三角形排列棒束内不同贝克莱数（Pe）、不同栅距比（P/D）的充分发展流动传热过程。将k-■-k_θ-■模型、Pr_t=0.85模型和Kays模型的数值结果与实验关系式进行了对比，结果表明：Pr_t=0.85模型过高估计了液态金属的努塞尔数，Kays模型和k-■-k_θ-■模型传热结果介于实验关联式之间；低Pe下Kays模型和k-■-k_θ-■模型预测结果相近，而高Pe下k-■-k_θ-■模型较Kays模型保守；随着雷诺数的增加，平均湍流普朗特数减小；随着栅距比的增加，平均湍流普朗特数增加。基于各向同性四方程k-■-k_θ-■模型，可为简化湍流边界条件和计算液态金属流动传热提供参考。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院近代物理研究所; 兰州大学