流体脉动与螺旋流是常见的流动方式,在工业上应用十分广阔。由于脉动属于典型的非线性瞬态过程,快速准确测量的要求高,以及实验方法的限制使得以前的研究结果并不一致,甚至互相矛盾,这些与迅速发展的应用需求很不相称;螺旋流的流动结构特性复杂,存在流体旋转甚至回流,有必要对螺旋流的特性进行深入的研究。流体脉动及螺旋流对换热效果的影响因素十分复杂,以往的解析方法及实验方法不能很好得满足研究的需要,本文将针对流体脉动及螺旋流的流动与换热的影响因素进行数值模拟研究。脉动部分的研究是对光滑管内(d=0.01m,l=3.0m)湍流状态的水,在330K的恒壁温条件下,当进口的速度发生周期性变化时(U = U0 [1+ Asin(2πfτ)], U0=0.25 m/s, 1.5m/s,振幅A分别取0.1、0.2、0.3、0.5、0.8,频率f取0.05Hz、1Hz、2Hz、5Hz、10Hz)的流动与换热的情况,分析频率、振幅等对对流换热系数、沿程阻力系数、温度等的影响。数值计算结果表明:(1)流体的脉冲流动只是使压力、温度及努谢尔特数Nu、边界层的厚度等物理量产生波动,波动规律为脉冲振幅越大,脉冲频率越小,则波动越大;频率对波动的影响要远远小于振幅的作用;(2)温度、速度及努谢尔特数Nu、沿程阻力系数、边界层的厚度等物理量的周期内的平均值均等于相同雷诺数下稳态时的值,从而说明光滑管内脉冲流动既不会强化也不会弱化换热。螺旋流的数值模拟中,针对采用局部切向起旋装置的光滑圆管(d=0.05m,l=15m),管壁保持330K的恒温,在不同大小管径的导入管(0.01m,0.02m)、不同雷诺数下的(2783~16997)水的流动换热情况进行研究。计算结果表明:(1)旋流强化传热效果是明显的。在工业换热器的流速范围内,可以使对流换热系数升高8%～20%,增强比随轴向速度或者平均雷诺数的增大而增大;(2)圆管螺旋流的流动为非常有规律的具有衰减性的三维螺旋型旋转流动,其速度衰减符合指数变化规律,螺旋流速度急剧衰减的部分主要集中在约20d范围内完成;(3)螺旋流的速度分布中,与无旋直流相比,其近管壁区的轴向速度的增大,有利于边界层的减薄;由于切向速度的影响使得圆管螺旋流呈非轴对称结构,微偏离轴心;(4)局部起旋的螺旋流的边界层厚度由螺旋流的形成装置的几何形状决定,与雷诺数的大小无关;(5)小导入管径的螺旋流的强化效果要优于大导入管径的螺旋流;(6)由20d确定的短管的经济性能指标(E在0.6左右)要远远优于由整根管子确定的长管的经济性能指标(E在-0.06与-0.09之间)。