圆管和非圆管道不光在实验与理论研究中起到了理论根基的作用,而且在近年来随着工程技术与材料优化的增强,也引起了实际工程上的注意,而非圆管换热相对换热强的特点,也广受实际工程上的关注与探索。由于在理论上的大空间是无限远距离,但是实际在模拟当中既要考虑工作量也要考虑精度,所以在建立模型时,有限的边界必然会对其中换热产生一定的影响,边界的影响就需要被考虑。进而本文首先在大范围Re数中,对流体横掠单管强制对流横掠圆管对流换热取不同比例模型进行了数值模拟和参考文献中提供的实验结果采取逐个比对;然后对不同范围的Re确定了合适的数值模拟方法;最后过去由于非圆管实验的限制,都采取了相对局限的Re数范围,所以对非圆管对流换热采取数值模拟的方法给出超实验范围大Re数的非圆管换热结果,在得到其流动与换热特性之后,将其中所出现的非线性特征加以分析。本文获得如下研究结果:1、针对流体在层流、层流转变湍流的过渡流、湍流以及旺盛湍流范围内横掠圆管的比例模型的选择通过对H/d=6、H/d=8、H/d=10、H/d=12、H/d=14、H/d=16这6个比例模型在大范围Re数下,对于流体横掠单圆管的强制对流的流动模拟出的流场、温度图的比较讨论,以及数值模拟的平均Nu数与实验关联式相对比,得出:当Re≤100时,在H/d=6至H/d=16模型下,模拟的结果、实验的结果相似程度几乎一样,可以选择H/d=6的模型;当100<Re<10~4时,各比例模型模拟结果与实验关联式结果数值差值逐渐增大,在H/d=14和H/d=16所呈现的涡距离大致相同,故H/d=14和H/d=16更为可靠;当Re≧10~4时,可以认为选择H/d=16比例模型可以作为大空间流体横掠单圆管的强制对流模型。得出受限空间近似到无限空间内流体横掠单圆管的数值模拟准确比例模型。2、在全范围Re数范围下,对于大空间内流体强制对流横掠单圆管进行数值模拟,整合各类文献以及各种算法,来验证对各类算法的适用条件以及其正确性、精确性的验证,同时对流体横掠单管的实验关联式及相应实验结果进行验证与分析。在本文的网格下,当Re<10~4时,直接模拟能给出很好结果,局部Nu有回升点;当10~4≤Re<10~5时,大涡模拟结果很好,当Re>10~5时,雷诺应力模型好。本文主要采用的是在非定常二维模型,流体是空气,Pr=0.7的条件下,对流体流动传热同差别Re数下的Nu数呈非线性现象,即当Re<100,平均Nu不随时间改变;当100<Re≤300时,流体属于层流到湍流的过渡流,Nu随时间有规律地振荡;当100<Re<10~6时,Nu随时间振荡逐渐加剧,振荡呈现非线性的规律。当Re≧10~6时,又再次出现交替脱落的涡,Nu随时间不再剧烈而回到相对稳定的振荡中。3、本文网格下,在比实验结果扩大的Re数范围内,进行了围绕流体横掠4种不同角度非圆管的对流换热的数值模拟研究。通过模拟出的流场和温度场分析非圆管在流场中的尾流涡、外形等对换热的影响。当Re≧5×10~4时,方管在流场中放置的角度不同对阻力与平均Nu的影响在逐渐弱化,在10~4≦Re≦10~5,竖椭圆管与横椭圆管的阻力与平均Nu之比值趋于线性关系。