大高宽比竖环形封闭空腔内层流自然对流换热的数值研究

对大高宽比坚环形封闭空腔内自然对流换热问题进行了数值研究．考虑竖环形空腔内自然对流是符合Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假定的层流、稳态的二维轴对称流动，在适当Ｒａｖｌｅｉｇｈ数变化范围内，用涡量一流函数方程对该问题进行了数值模拟，得到了２≤Ｋ≤１０和Ａ＝２４的几何参数下竖环形封闭空腔在内管表面为等热流、外壁恒壁温情形的流动模式和换热规律，并讨论了数值计算结果与实验结果之间的一致和差异．     

有凸出离散热源封闭空腔内耦合自然对流换热

建立了一侧竖壁等温冷却、另一侧竖壁均匀分布五个凸出热源的二维封闭空腹的自然对流换热的数学模型,对不同高度比下的层流自然对流换热进行了数值分析,空腔高宽比范围为：3.0≤A≤12.22,RaH为10^7,Pr数取30。计算结果表明,与平面热的情形相比,凸出热源的整体换热效果较好。当高宽比A较大时,空腹内出现的多个二次流强化了传热;A减小时,由于二次流的减弱和消失,换热效果下降,最后根据计算结果整理出了空腔内的传热关联式。     

矩形空腔内多个离散热源自然对流的数值分析

用SIMPLER算法,数值分析了顶部散热的矩形空腔内一侧竖壁上均匀放置5个离散热源的自然对流传热,探索了瑞利数和空腔高宽比对流动和传热的影响。分析指出:空腔中心存在一个近似等温区:相同热负荷下随着宽度的增加热源表面局部换热系数增大、但冷源平均换热系数却因冷源平均热流密度的减小而降低。数值计算的结果和实验值吻合得很好。     

圆内开缝圆环形空间自然对流的格子Boltzmann模拟

采用耦合热格子Boltzmann模型,对圆内开缝圆环形空间自然对流进行了数值模拟,分析了瑞利数Ra(10~4≤Ra≤10~6)和开缝度S(0.1≤S≤0.4)对环形空间内流动与换热的影响。模拟结果表明:随着瑞利数增加,环形空间内自然对流换热会出现较强的不稳定性,流型转化也较丰富,存在4种流型,稳定的二涡流、四涡流、二涡流和四涡流之间振荡的交变流以及振荡的二涡流;此外,开缝度的改变对环形空间内自然对流换热影响是显著的。随着开缝度的增大,流体更易形成多涡流型,进而增强流体扰动,流动不稳定性增强;另外,增大开缝度虽能增强环形空间内自流换热,但不是开缝度越大越好,而是存在一个最佳临界开缝度。     

竖环形夹层内自然对流换热的实验研究和数值计算

作者对两端封闭且绝热、外管表面为等温边界条件、内管表面为不同热边界条件下的竖环形夹层内的自然对流换热进行了数值计算和部分实验研究。在实验模型中,加热管内表面维持为等热流边界条件。文中对四种加热管的边界条件进行了数值计算,给出了实验研究与数值计算的结果,分析了不同边界条件对于换热及加热管壁面温度分布的影响。在耦合问题的数值计算中,采用了双块修正技术,保证了迭代计算的收敛性。数值计算的结果同前人的研究和本文的实验结果的符合程度是令人满意的。     

封闭腔内层流自然对流换热过渡层数值研究

对正方形空腔内的层流自然对流换热进行了数值模拟 ,用SIMPLE算法和乘方格式对该问题 (Ra =1× 10 3～ 1× 10 6)进行了详细的数值计算 .根据计算结果 ,在前人工作的基础上总结出封闭腔内层流自然对流换热的变化规律 ,提出了导热占主导地位的层流流动和导热与对流共时作用的层流流动的分界点 ,同时得出了两个区域的平均努塞尔数的计算公式 ,通过比较 ,表明其精度较以前的计算公式要高 .     

具有局部内热源的封闭空腔内的自然对流传热

本文描述由一个局部内热源和外部加热同时作用引起的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时间的变化,定义了当量内热源相对强度、临界当量内热源相对强度及控制转换区。     

单个局部内热源和外部加热同时作用时封闭空腔内的自然对流换热

本文描述同时由一个局部内热源和外部加热引起的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果,研究了外部雷利数、局部内热源相对强度、位置及尺寸大小的影响。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时间的变化。     

高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟

为了推广应用高瑞利数下的自然对流换热技术,有必要对自然对流流动与换热特性进行深入研究。采用不引入人工扰动的直接数值模拟方法,对发生在高宽比为4的封闭腔内的自然对流流动与换热进行了研究,分析了平均温度、平均主流速度、涡量和局部努塞尔数的分布特性。研究结果表明:从静止等温流体初始条件出发,不引入任何人工扰动自然对流可以顺利发展到湍流,节约了计算资源;即便瑞利数等于1010,自然对流的平均温度、平均主流速度、涡量和局部努赛尔数分布都具有边界层型流动和换热的特征;在普朗特数为0.71~500的范围,当封闭腔内自然对流换热出现湍流换热特征时,局部瑞利数处于107~108量级。     

开口空腔内湍流自然对流与表面辐射的耦合传热

对具有单个加热壁的二维方形开口空腔内的湍流自然对流与表面辐射的耦合传热进行了数值研究。结果表明,辐射强烈地影响腔内的流场及温度场,它既可增强也可减弱空腔的湍流自然对流换热;不同Rayleigh数和温差比下,空腔的总换热率及辐射所占份额均呈现不同的变化规律。     

物性参数对封闭腔体自然对流数值模拟的影响

采用两种不同的物性参数处理方法对不同温差下的封闭方腔内自然对流进行数值计算,研究瑞利数Ra从103～106之间时,封闭方腔内空气的流动换热规律,将所得到的数值模拟结果与研究文献做了对比分析,验证了其方法的准确性,同时对比分析了利用多项式考虑气体物性参数随温度变化情况下的数值模拟结果.计算结果表明,在所计算的问题中,小温差下把热物性参数设置为常数可以一定程度上减小计算量,加快计算收敛速度,但在大温差下,物性参数设置为常数计算将造成计算结果相对误差较大.     

开口空腔中非稳态自然对流的传热问题

对后壁受热的二维开口方形空腔中的非稳态湍流的自然对流传热进行了数值研究。采用低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数ｋ－ε双方程湍流模型，给出并讨论了空腔非稳态流动过程中典型的流型、温度场和开口特性。依据物理本质，对空腔传热随时间演变的整个过程进行了划分和分析。     

底部离散加热,顶部冷却的二维空腔内高宽比对自然对流的影响

对底部均匀分布５个离散平面热源，顶部等温冷却的二维封闭空腔内高宽比对高Ｐｒ数介质层流自然对流的影响进行了数值分析。空腔高宽比范围为０．０８≤Ａ≤０．３３３．Ｒａｗ为１０＾７，Ｐｒ取作９０．高宽比极小时半侧空腔内形成５个被零流线分隔的环状流，随着高宽比的增加逐渐汇聚为单一的一次流，且流速增加。研究范围内冷源平均努谢尔特数Ｎｕｃ在Ａ＝０．１３６时达最小值。之后有所上升，在Ａ＝０．１６４达一极值。当Ａ继     

部分充满多孔介质的封闭空腔内自然对流的数值研究

采用Forchheimer Brinkman扩展模型数值研究了部分充满多孔介质的封闭矩形空腔内的自然对流，系统地考察了加热强度、渗透率、多孔区高度、导热系数比以及高宽比等参数对腔内流动与传热的影响，给出了相应的速度场与温度场，并得到了平均Nusselt数随时间的变化规律。     

封闭空间内小尺度等温竖板自然对流的三维效应

研究了封闭空间内小尺度等温竖板自然对流的三维效应、表明三维效应随着平板尺度的减小而增强，从而使换热增强．对于相同尺度的平板，采用不同的放置方式其换热状况也不相同．尺度较大时，竖放(高度方向长)比横放时换热强，但随着尺度的减小，两种放置方式的换热越来越接近．     

用瞬态法对竖板封闭夹层内自然对流换热的研究——双层玻璃窗最佳间距的确定

将瞬态卡计法运用于竖板封闭夹层内自然对流换热的研究,得到了分区的无量纲换热准则公式。公式值与文献平均值比较吻合,实验误差小于8.8%。利用所得公式,导出了确定双层玻璃窗最佳间距的方程,并对一些特例给出了计算结果。     

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热的数值研究

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热在工程上有着广泛的应用,诸如太阳能集热器,建筑物隔热,火焰及烟雾扩散等。本文对图2所示复杂矩形封闭空腔中自然对流换热(Ra=10~4～10~7)进行了数值研究。本文基於TEFESS 通用程序,用SIMPLE 算法和上风格式,并选取合适的初始场和松弛因子得到了形状比为1/2、几种空隙比下流场和温度场的收敛解,以及热壁上局部和平均努谢尔特数与雷莱数及空隙比的关系式。结果表明采用隔板后传热有所削弱,且隔板越厚和离热壁越远则传热效果越差。文中所得结论,不仅明确了中等雷莱数区和边界层区中有着不同的传热特性,而且对太阳能集热器,建筑物空调和隔热保温的设计都有参考价值。     

受限方腔内绕流两圆管强制对流换热的数值研究

针对热电冷综合利用系统中的集热箱,抽象出一个受限方腔内两圆管的强制对流换热问题并进行了数值研究.分别对不同雷诺数Re以及不同管间距s的情况进行数值模拟.结果表明,Re较小时流体流动与换热随时间变化,最后趋于一个稳定的对称状态;当Re增加至一定值后,流体流动与换热随时间变化,处于非对称状态.随着Re的增加,流动出现振荡,流体与圆管壁面换热不断增强,计算得到的解从定态解发展为周期性振荡解、多倍周期振荡解,最终发展为混沌.对于不同管间距s,当Re≤150时,管子间距的不同对受限腔内的换热影响不是很大;当200≤Re300时,管间距s对于流动与换热有较大的影响;但当Re≥300之后,管间距s对换热影响较小.     

高宽比对竖壁冷却离散加热的二维空腔内自然对流的影响

采用SIMPLE算法数值值分析了高宽比对一 侧竖壁等温冷却，另一侧竖壁均匀分布5个离散热源的空腔内高Pr数流体自然对流流动和传热的影响。发现H/W=12.22时出现的多个二次流强化了传热，其整体传热效果最好；H/W减小时由于二次流的减弱和消失，传热急剧下降，并在H/W=7.35时达最小值；H/W继续减小时，由于对流的展开和加剧使传热得到某种程度的增强，在H/W=3.67时达到稳定，在这之后H/W的减小对传热不再产生显著的影响，另外，根据数值值计算的结果还整理出包含高宽比影响的综合关系式。     

封闭空腔内耦合的自然对流传热两个竖直导热壁的影响

本文描述具有两个竖直导热壁的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果。计算参数范围为Rα=10~4～5X10~6,0.1～43.6,K~*=1～100,t~*=0.11～0.40。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数,确定了相对于总温差和冷热壁内侧温差的努谢尔特数比的时间历程,并定义了冷壁传热的滞后时间概念,结果表明这些参数显著地受导热壁物性的影响。