底部加热多孔介质内传热数值研究

为了研究底部加热多孔介质方腔内的自然对流传热,采用整体求解法对方腔内的温度场和流场进行了数值模拟计算,着重分析了瑞利数Ra对多孔介质方腔内自然对流换热特性的影响.计算结果表明:随着Ra数的逐渐增加,对流换热开始占主要作用,等温线变得扭曲;流线由逆时针单胞对流逐渐变化为正反两个双胞对流,流动出现分叉现象,温度场和流线相互对应.平均Nusselt也随之增大,换热效果得到增强.     

不同旋转轴对矩形通道内湍流与换热影响研究

对旋转矩形通道(横截面的长宽比b/a=2)内湍流流动和换热进行了大涡数值模拟.基于一种具有二阶精度的不协调混合格式(Adams-Bashforth/Crank-Nicholson)对N-S方程进行离散.采用动态亚格子模型对雷诺应力进行了模拟.湍流雷诺数Reτ和普朗特数Pr分别为400和0.71,旋转数Roτ=0～5.分析了管道横截面内平均速度、平均温度以及湍流强度的分布.结果表明,不同的旋转轴对湍流流动和换热有重要的影响,在高旋转数时,湍流结构在稳定侧和非稳定侧均有明显的变化.在相同旋转数下,与矩形通道绕z轴旋转时相比,系统绕y轴旋转的平均换热系数有所增大.     

矩形闭合空间内多孔介质中自然对流传热研究

对底面恒温加热顶面恒温冷却、其它壁面绝热的矩形闭合空间内多孔介质中的自然对流传热问题,简化为二维模型进行数值计算和分析,在Ra≤300范围内,揭示了流场、温度场和换热效果随瑞利数(Ra)变化的特性,证实了从导热向自然对流开始过渡的第一临界瑞利数 Ra_c=40,给出了努谢尔特数(Nu)、瑞利数(Ra)和形状比(A)之间关系的理论计算公式和曲线。     

含生热体三角腔自然对流数值模拟

文章对内置等温生热体的三角形腔体内空气自然对流换热进行数值模拟。生热体为矩形,位于垂直边上,且温度恒定,三角形斜边的边界温度恒定且低于生热体温度,其余两边绝热。通过有限元方法对不同瑞利数(Ra)下的不同高宽比三角形腔体进行分析,得出腔体内空气的流线图、等温线分布图以及生热体表面空气的努塞尔数Nu与Ra的关系。结果表明,随着Ra的增加,腔内空气自然对流方式由层流向湍流转变,主要的传热方式由热传导转变为对流换热,且较小的高宽比更利于腔内流动和传热。     

纵掠管束湍流对流换热的数值实验及其关联式

对圆管内和纵掠管束的湍流对流换热分别运用k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟.数值模拟结果表明,采用现有的管内湍流换热实验关联式近似计算纵掠管束对流换热的偏差较大.通过数值模拟研究了不同节距、不同雷诺数Re时纵掠管束的对流换热规律,给出了纵掠管束流动换热的努塞尔数Nu与Re的数值实验关联式.     

矩形通道内置加热板混合对流的实验研究

通过实验研究了中心截面带有加热平板的水平和倾斜矩形通道入口段的混合对流换热,该矩形通道和加热平板均采用高热导率材料制作,矩形通道外壁面绝热.实验过程中Re从334变化到1 911,管道倾角从-60°增加到60°.实验数据处理时采用壁面均匀恒定热流边界条件,处理结果与相关文献吻合较好.通过实验得到了管内平均Nusselt数和压力损失的分布.实验结果表明:换热系数是充分发展层流混合对流的2到3倍;当Re增加时,管内换热系数增加,压损随之增大;当Re较小时,换热系数和压损均随倾角的增大显著增大;当Re约增加到1 800时,角度变化对换热系数和压损的影响很小.     

特殊条件下矩形封闭空腔内自然对流数值研究

在封闭腔侧壁均匀加热且同时顶壁均匀冷却的特殊条件下 ,应用新的近壁面网格加密法 ,针对一个系列的瑞利数和纵横比 ,进行了详细的稳态自然对流换热问题的数值模拟 .通过分析诸多工况对流动形式和能量传递的影响 ,发现当纵横比较大时 (at>1) ,瑞利数对传热的影响比较明显 ;而当纵横比较小 (at<1)和瑞利数较大时 ,纵横比的影响比较明显 .对数值结果进行了回归 ,得到了Nu和Ra的关联式 ,其精度较以前的近似拟合公式要高     

热源位置对室内自然对流换热影响的数值分析

利用热和流体流动控制方程,以室内局部加热(集中热源)的自然对流换热现象为研究对象,分析讨论了不同瑞利数Ra(Ra=103～106)、不同热源位置时的室内流体流线、等温线分布特征以及平均努赛尔数Nu的变化.分析结果表明:针对某一固定热源位置情况,随着Ra的增大,室内的热传输形式由热传导逐渐变为对流换热,等温线和流线形状随着Ra的增大发生变化,流线逐渐变得"紊乱";Nu与Ra呈幂数关系,拟合后其线性相关性可达93%.     

矩形腔内冷水稳态自然对流换热的二维数值模拟

为了了解矩形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,利用有限容积法对矩形腔内的冷水自然对流进行了一系列数值模拟,得到了不同宽深比、Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的壁面传热特性进行了比较与分析。计算结果表明:随着宽深比的增大,流动逐渐增强,流胞数逐渐增多,壁面平均Nusselt数逐渐增大,并趋于某一定值;随着Rayleigh数的增加,换热能力也会增强,而且流动结构的转变会在更小的宽深比下发生。采用逐步线性回归方法,得到了关于热壁平均Nusselt数的传热关联式。     

热壁面位置对矩形腔内自然对流影响的数值分析

对矩形腔内冷热壁面位于侧壁不同相对位置时的自然对流换热问题进行了数值模拟.腔体左侧局部壁面维持恒定高温,右侧局部壁面维持恒定低温,左右侧壁的其它部分以及顶部和底部壁面绝热.按照冷热壁面的相对位置是否左右对称,通过改变Rayleigh数的大小,分析了不同工况下矩形腔内温度场、流场和热壁表面平均Nusselt数的变化,得到了Rayleigh数在103~106之间的结果.冷热壁面对称分布时,位于侧壁中部的换热作用最强;不对称分布时,热壁面位于侧壁中部、冷壁面位于侧壁上部的换热作用最强.     

顶部送风方腔内混合对流换热的数值研究

采用非稳态数学模型对具有对称和非对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流流场与温度场进行了数值求解.数值计算中控制参数Ra取为固定值106,Re在1 000~3 000范围内变化.数值结果显示,随Re的增大,具有对称结构问题的数值解会分别出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解;而对于非对称结构问题,数值解的最大网格Pe虽然大于对称结构问题的最大网格Pe,数值解是定常的,并未发生解的振荡.因此,判明具有对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流问题数值解的振荡是客观存在的物理振荡,而非数值方法不稳定所引起的数值振荡.     

对流槽宽高比对长方体湍流热对流系统传热的影响

采用长方体对流槽,研究以水为流体介质的Rayleigh-Benard（RB）湍流热对流系统中,对流槽宽高比对系统湍流传热Nu-Ra关系的影响.改变对流槽的高度,使对流槽的宽高比分别为（Γ,Γ）=（1.00,0.30）,（2.00,0.60）,（4.00,1.20）,（7.25,2.18）,（14.29,4.29）和（20.84,6.25）,实验参数Rayleigh数（Ra）和Prandtl数（Pr）的变化区间分别为5.0×10⁵≤RA≤5.6×10¹⁰和5.3≤Pr≤7.0.结果表明,与圆柱形对流槽中的情形不同,长方体对流槽中系统湍流传热的Nu-Ra关系几乎独立于系统对流槽的宽高比.     

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。     

多孔介质内自然对流传热传质研究

该文研究了含内热源圆柱形多孔介质内不均匀温度分布产生的浮力效应引起的自然对流。给出了以流函数表示的无量纲基本方程,用控制容积法对方程离散并进行了数值计算,得到了多孔介质内的流场、温度场和浓度场,讨论了瑞利数Ｒａ和刘易斯数Ｌｅ对多孔介质传热传质的影响。     

Turbulent convection at very high Rayleigh numbers

Turbulent convection occurs when the Rayleigh number (Ra)--which quantifies the relative magnitude of thermal driving to dissipative forces in the fluid motion--becomes sufficiently high. Although many theoretical and experimental studies of turbulent convection exist, the basic properties of heat transport remain unclear. One important question concerns the existence of an asymptotic regime that is supposed to occur at very high Ra. Theory predicts that in such a state the Nusselt number (Nu), representing the global heat transport, should scale as Nu proportional to Ra(beta) with beta = 1/2. Here we investigate thermal transport over eleven orders of magnitude of the Rayleigh number (10(6) < or = Ra < or = 10(7)), using cryogenic helium gas as the working fluid. Our data, over the entire range of Ra, can be described to the lowest order by a single power-law with scaling exponent beta close to 0.31. In particular, we find no evidence for a transition to the Ra(1/2) regime. We also study the variation of internal temperature fluctuations with Ra, and probe velocity statistics indirectly.     

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。     

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。     

基于多相流模型的腔体内纳米流体自然对流换热数值模拟

运用多相流混合模型和单相流模型模拟了纳米流体在封闭腔体内的自然对流换热特性,将模拟结果与相应的实验值进行对比,分析了瑞利数、格拉晓夫数和纳米颗粒体积分数等物理量与努塞尔数的关系;同时,对比分析了纳米流体和纯水在水平与垂直中心截面的速度分布,以及封闭腔体内流体的温度场及流场.结果表明:基于N-S方程的单相流模型所得努塞尔数变化曲线与水的努塞尔数曲线较吻合,但不能反应纳米流体的换热特性;而基于多相流混合模型所得努塞尔数变化曲线与相应的实验结果较吻合;纳米颗粒的添加能够显著增强封闭腔体内的流体运动,有利于强化封闭腔体内流体的能量传输,起到了对流换热作用.     

混合对流圆柱形封闭空间的等效导热系数及其应用

以从热面向冷面传热量相同为条件,针对封闭空间内具有混合对流及导热问题引进了等效导热系数概念。以圆柱体熔体为背景计算了等效导热系热以及它与熔体空间形状、Re数和Gr数等因素之间的关系,对所得结果进行了物理的解释。这些结果对诸如金属凝固、晶体生长等问题的计算有一定参考价值。并将计算结果与砷化镓单晶生长过程中实测数据进行对比,两者相当吻合。