不同加热边界下定热流时圆柱形腔体内自然对流传热特性

以一侧全开式圆柱形腔体为研究对象,在考虑腔体内工质(空气)物性参数随温度的变化以及腔体固壁内导热与腔体内空气自然对流之间相互耦合的基础上,采用RNGk-ε紊流模型对不同热流密度、腔体倾角以及3种不同壁面加热边界时腔体内的自然对流传热特性进行了三维数值模拟。3种加热边界分别为底面加热(工况I)、侧面加热(工况II)以及底面和侧面同时加热(工况III)。结果表明,定热流下的圆柱形腔体内和开口面的温度和速度分布、腔体内壁平均温度、底面与侧面的平均温差、腔体内壁的平均努赛尔特数等自然对流传热特性不仅受到热流密度和腔体倾角的影响,还受到腔体壁面加热边界的影响,如只有底面加热的工况I与存在侧面加热的工况II和III相比,前者自然对流传热特性相差较大。     

液态金属锂在管道中传热特性的数值模拟研究（英文）

液态金属锂是一种具有广阔发展前景的核反应堆冷却剂，但对其传热特性的相关研究尚不多见。本文建立了描述液态锂在直管内传热过程的稳态二维数学模型，并通过数值模拟分析了液态锂的入口速度、入口温度以及壁面热流密度对其传热性能的影响。结果表明，在较高的入口温度下（>1000 K），液态锂相较于液态钠和铅铋合金在传热性能改善方面具有明显的优势。对于出口径向热流模型的机理分析表明，湍流扩散系数与分子扩散系数之比的数值大小沿管道半径方向呈抛物线型分布。提高液态锂进口速度，降低进口温度和降低壁面热流密度可以有效地削弱低普朗特数液态锂径向传热中分子扩散传热的主导作用。该工作对液态锂的传热特性进行了全面的研究，以期其成为一种具有实际应用前景的核反应堆冷却剂。     

二维微槽道内的流动模拟

直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)通过计算机跟踪仿真分子的运动,求解稀薄气体流动规律.选用硬球模型模拟仿真分子间的碰撞,编写DSMC的计算程序,模拟处于滑流和过渡流动领域的二维微槽道内气体流动.结果表明,气体流动在边界附近出现速度滑移和温度跳跃.计算结果和理论值相吻合.     

用数学形态学识别核态沸腾中的汽化核心密度

运用数学形态学提出了一种识别核态沸腾中高热流密度下汽化核心密度的算法．分析了在核态沸腾中，当气泡成长时，由于气泡底部的微液层蒸发，使气泡底部壁面处的温度低于其周围的温度，致使在反映加热壁面温度分布的红外图像中，灰度明显低于其周围像素灰度的像素组成的像素团，即对应于沸腾过程中的汽化核心的位置．该方法避免了气泡合并对汽化核心密度识别造成的困难，可以从红外图像中识别出这些像素团，其数量等于汽化核心的数量，对不同热流密度下的汽化核心密度进行了计算．     

纳米流道内液体特性的分子动力学研究

以非平衡分子动力学方法研究了纳米流道内液体的流动特性,重点探讨上壁面以不同剪切速度运动,下壁面保持静止且在其附近的温度保持相对稳定时,两壁面间液体分子的运动特性及作用机理.模拟获得了不同剪切速度下流体的速度分布、密度分布及温度分布,并分析了速度滑移率、密度分布和最高温度与剪切速度之间的关系.研究结果表明,随着剪切速度的增加,两固体壁面间液体靠近运动平板处的温度呈线性增加,在距离运动壁面0.8倍分子直径范围之内存在着明显的滑移现象,而在这个区域之外,液体分子的速度基本呈线性变化,纳米流道内液体分子密度的非均匀分布和有序化排列结构不受剪切速度的影响,平均剪切应力随着剪切速度的增加而不断增加.     

大温差气固相互作用模型的分子动力学研究

气固相互作用是许多物理问题的基础,描述气体分子反射速度分布的散射核模型在宏、微观流动研究中都有重要的应用.经典散射核模型大都依赖于待定的调节参数,且仅适用于气固温度相同或相近的情形.本文针对不同温度气体分子在固定温度壁面上的相互作用问题,利用分子动力学(MD)方法直接模拟气体分子的散射过程,获得气体分子反射速度与入射状态的对应关系,进而应用机器学习方法,以Cercignani-Lampis-Lord模型为基础,从直接模拟数据中重建出更精确的、考虑气固温度差影响的修正散射核模型,分析气体分子散射特性及模型参数随气固温度比的变化规律.结果表明,在所讨论温度范围内,与MD模拟结果相比较,修正散射核模型能准确重现反射速度与同方向入射速度的概率密度分布;气固温度差异对散射核的影响体现在特征温度调整为气体温度、调节系数随入射速度及气固温度比变化等两个方面.随着气固温度比变大,气体分子入射速度对散射特征的影响增强,当温度比超过2.5时切向反射速度分布不再受温度影响,而法向速度持续缓慢变化.     

垂直矩形窄缝流道中混合对流换热的数值模拟

直接使用N－S方程，采用将重力项化为与温度和差压有关函数的处理方法，对垂直矩形窄缝流道中定热流密度下混合单相层流对流换热进行了数值模拟，发现了在整个流道靠近加热壁面区域存在强烈的“烟囱效应”，在层流流动时，由于该效应的存在，使近壁区域的工质扰动加强，从而提高局部对流换热系数，但将造成整个加热壁面换热系数分布不均匀，故该种对流方式只能用于较低热流密度的传热，若壁面的热流密度过高，将对整个流道的安全性造成很大威胁，所建立的浮力影响模型可以预测混合对流时的传热，经过正能用于计算湍流混合对流换热。     

温度对Lennard-Jones流体凝结过程影响的研究

采用平衡态分子动力学模拟方法，对由氩分子构成的气液界面系统进行了较大温度跨度条件下的模拟和研究．通过统计的方法得到了温度变化对系统的密度、气液界面厚度、气态分子碰撞流率、Lennard-Jones（L-J）势能以及L-J势能力分布的影响规律．结果表明：随着温度的升高，气液界面厚度和气态分子碰撞流率增加，密度和L-J势能分布趋于均匀化，L-J势能力分布随着势阱深度的减小而趋于0；所有物理量在接近临界温度时变化加快．模拟得到不同温度条件下的凝结系数与文献相互吻合．同时，对于凝结系数随温度的升高而减小，并在温度接近临界温度时由于气液界面的消失而失去意义这一规律，通过气液界面厚度与气态分子碰撞流率随温度的增加所产生的综合效果进行了合理的解释．     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

换热管流固耦合传热的分区求解数值算法

考虑换热管与流体换热的相互影响,以换热管固体域与管内流体域为研究对象,根据耦合界面温度和热流密度的连续性边界条件,推导了界面温度和热流密度的迭代格式和收敛判别方法.以整场离散整场求解为基准,研究耦合界面处的温度和热流密度分布以及出口平均温度,探讨了分区求解边界耦合算法的计算精度和求解效率.计算结果表明,建议松弛因子取0.75、收敛容差取0.1为宜.流固耦合传热的分区求解数值算法,为高效换热管的研发提供可靠的数值模拟方法.     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

水平同心套管中层流自然对流的数值模拟

导出了无量纲的支配方程组，能适用于壁面为定热流或定壁温的边界条件．采用原始变量方法，利用ＳＩＭＰＬＥＣ算法进行了求解．在较为宽广的瑞利数Ｒａ和半径比范围内分别对定热流和定壁温两种情况进行了计算并得到了相应的结果．流场中存在着半月形的涡旋，而径向的温度分布在一定角度范围内有温度反转现象．平均换热Ｎｕ随Ｒａ和半径比的增加而上升，定热流的换热要略强于定壁温情况下的值．整理了水平同心套管换热的关联式，并对两种边界条件进行了比较．所得结果与有关文献进行了比较，相符较好     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

圆形微通道的热交换特性及其尺寸效应

基于圆形微通道的能量守恒及热传导方程,在考虑速度滑移和温度跳跃的情况下,利用逆解法得到了一个热充分发展的温度场计算式.根据定热流边界条件,推导了圆形微通道的努塞尔数和温度跳跃的新表达式.通过计算努塞尔数和对流换热系数,分析了圆形微通道的热交换特性及尺寸效应,对纯净水在圆形微通道中的换热性能进行了数值仿真.仿真结果表明:在滑移流范围内,随着管径减小,换热系数增大,流固界面的温度跳跃随着与入口端的距离增加而减小,从而验证了理论推导的正确性.     

浸没水射流冷却过程热流密度的导热反问题计算方法

基于单点测温、常热流假设,任意未来时间步长的导热反问题算法求解浸没水射流冷却过程的热流密度;采用有限容积法离散方程,附加源项法处理边界条件。表面施加三角形热流的经典算例验证了算法的正确性。水冷实验数据分析结果表明:射流能提高热流密度和临界温度,缩小过渡区温度区间。     

各向异性介质吸收边界条件

针对地震波勘探数值模拟中遇到的人为边界反射问题,提出了适用各种各向异性介质的吸收边界条件,证明了其稳定性,在频率域推出了反射系数算法。最后将公式进行差分离散,并对各向同性介质,TI介质及带方位人射的EDA介质进行了数值计算。     

采用Cattaneo-Christov热通量模型的Casson流体作磁流体流动研究

研究了Casson流体作磁流体(MHD)流动与传热现象,能量方程采用Cattaneo-Christov热通量模型。采用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程,并通过打靶法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度分布、表面摩擦系数及局部Nusselt数的影响。结果显示,随着Casson参数或Hartmann 数的增大,速度下降而温度增加;与采用经典的傅立叶热传导定律相比,采用Cattaneo-Christov热通量模型得到的温度和边界层厚度均比较低。