基于Gyroid结构优化的U形管路强化对流换热研究OA

针对高参数(高压、高温和高热通量)换热器优化设计需求,本文基于Gyroid型三周期极小曲面(G型TPMS结构),建立了G型U形管优化模型,采用三维共轭传热数值方法,同时考虑真实RP-3航空燃油物性,系统考察了不同工况下G型U形管的流动及换热特性。结果表明,G型结构与U形弯管共同诱导成对二次流和分离-再附着过程,近壁涡度与湍流黏度比量级可达~O(10²),显著强化横向混合与动量传递。在跨越伪临界温度区时,强物性梯度使摩擦阻力系数约为一般水力光滑直管的3.83~4.82倍,而努塞尔数Nu可达直管的1.76~2.58倍,是综合换热性能最优区间;当流体全域处于超临界高温侧时,定压比热容Cp与普朗特数Pr显著回落,湍流混合受抑诱发传热恶化,摩擦因子降至直管的1.22~1.97倍,而Nu仅为0.81~1.34倍。通过综合换热系数PEC证实了G型U形管在非超临界状态下具有良好的换热性能,且PEC随着雷诺数Re增大而增大。研究成果可为高参数换热器结构优化设计提供理论依据。