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管路系统在实际输运流体的过程中,管内流体的流动主要是非定常流动。当管内存在非等温流体时,管壁温度受到流体的影响会发生变化。管壁的温度变化,会引起管道不同程度的自由收缩或膨胀。但是因为管道自身结构限制和外部条件的约束,管道不能发生自由的形变,从而导致管壁产生热应力。当该热应力为交变应力时,可能会导致管道发生热疲劳失效。所以对管道内流体的流动传热特征进行分析研究对优化管道设计有着重要的意义。本论文在前人的研究基础上,采用大涡模拟(LES)湍流模型对T型管和内嵌套管T型管的管内冷热流体混合过程进行了数值模拟,获得了 T型管内流体的温度和速度场分布。使用无量纲温度、无量纲均方根温度和温度功率谱密度对温度大小、温度波动强度和温度波动频率进行了分析,说明内嵌套管T型管能够提高冷热流体的混合效率,降低主管壁面温度的波动,有利于削弱主管的热疲劳。并且在流场分析的基础上,对T型管和内嵌套管T型管进行了单向流固耦合数值模拟。通过对应力以及变形位移大小分析,揭示两种T型管的应力分布状态,揭示内嵌套管T型管改善管道受力的机理。本文的主要研究内容如下:(1)建立T型管和内嵌套管T型管的管内冷热流体混合过程的数理模型,和两种T型管的单向流固耦合数理模型。(2)在壁面射流、偏转射流以及冲击射流工况下,采用LES湍流模型对两种结构的T型管管内冷热流体混合过程进行数值模拟,揭示管内冷热流体混合过程的流动与传热机理;对比分析两种结构的T型管管内流场温度和速度分布,说明内嵌套管对管内流场温度和速度分布的影响。(3)将壁面射流工况下获得的管壁温度场和压力场作为固体管道的外部载荷,对T型管和内嵌套管T型管进行单向流固耦合数值模拟,对比分析其应力以及变形位移大小,探索内嵌套管T型管对改善管道受力作用机理。通过对T型管和内嵌套管T型管的流动与传热和单向流固耦合研究发现:T型管在壁面射流以及冲击射流工况下,主管内壁面温度波动较大;在偏转射流工况下,主管内壁面温度波动相对较小。相比于T型管,内嵌套管T型管在三种射流工况下,主管内壁面温度波动都较小;并且在壁面射流和偏转射流工况下,主管壁面温度波动远低于冲击射流工况的壁面温度波动。通过比较T型管和内嵌套管T型管管内流体温度波动,说明内嵌套管T型管能够提高冷热流体的混合效率,降低主管壁面温度的波动,有利于削弱主管的热疲劳。通过对比T型管和内嵌套管T型管的应力和变形位移,结果表明内嵌套管T型管的管壁应力比T型管的管壁应力分布更均匀,在流动方向和周向应力波动更小。本论文初步探索了 T型管中内嵌套管结构对管内冷热流体混合过程温度波动的影响,为揭示T型管支管内嵌套管结构对冷热流体混合过程温度波动的削弱机理奠定了一定的理论基础,为T型管结构的优化设计,降低热疲劳提供了一定的依据。