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．     

大高度比竖环形封闭空腔内层流自然对流换热的数值研究

对大高宽比竖环形封闭空腔内自然对汉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，包壁恒壁温情形的流动模式和换热热规律，并讨论了数值计算结果与实验结果之间的一致和差异。     

三维层流自然对流换热边界层方程的数值解法

采用坐标变换及凯勒单元法求解强制对流换热边界层方程已比较成熟,但对自然对流换热的求解还未见报道。为了检验此方法用于求解自然对流换热的计算精度,采用该方法数值求解了竖窄条三维层流自然对流换热边界层方程,计算结果与前人的实验结果相符。结果表明,用此方法求解三维层流自然对流换热边界层方程是可行的。     

小尺寸物体自然对流换热的数值模拟

本文将三维附面层方程抛物型化，对不同尺寸的等温小加热块自然对流换热进行了数值模拟，并用来研究微电子集成电路芯片的冷却问题。     

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。     

方腔内竖直板振荡的自然对流换热数值研究

以空调工程热环境控制和冷冻冷藏设备为应用背景,采用非稳态数学模型,通过数值模拟研究了具有对称结构的封闭方腔内竖直板自然对流换热中的非线性现象.数值结果表明:在所考虑的Ra参数范围内,数值解出现了分岔,流动和换热随Ra的增大从稳态转变为非稳态;在Ra为104时采用2种不同的初始条件得到了相同的稳态解;当Ra为5×104时,采用2种不同的初始条件获得了2种不同的解,其中一个是稳态解,另一个是振荡解.数值结果揭示了所研究问题中的非线性特点.     

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。     

具有移动边界平行平板通道内的层流对流换热

采用贴体坐标系来处理复杂边界，在同位网格中利用SIMPLE算法实现速率场与压力场的耦合，求解了平行平板通道一侧带有移动边界的层流对流换热问题，计算结果表明，换热量发生极值的时刻并不与移动边界移动到极值位置的时刻相对应，而是有一定的相位差，表征运动周期的Sr及运动边界的振幅对通道的换热量具有显著影响，但在相同的时段内，Sr对于壁面总换热量的影响较小，运动边界的振幅对壁面总换热量的影响显著，另外，由于边界的移动，上，下壁面的换热均得到了强化。     

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。     

封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性

为研究封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性,对普朗特数,Pr=0.71,方腔高长比A=H/L=1,瑞利数Ra=1.58×109的二维封闭方腔自然对流进行了直接数值模拟. 给出了水平边界层发展阶段和垂直边界层转捩阶段的流场结构以及Nu数分布. 结果表明,压力梯度对方腔的水平速度变化起着决定性的作用;高Ra数下的自然对流在逆压梯度作用下水平方向形成一系列的涡,这些涡使得水平边界层流动形成分层结构;壁面Nu数与速度梯度?v/?y有着密不可分的关系.      

共轭传热室内自然对流数值模拟研究

研究建筑围护结构传热与流体流动综合作用下室内自然对流数值模拟，建立了一套同时在固体一流体区域整体求解连续性方程、动量方程和能量方程的数值模拟方法。具体分析了瑞利数变化范围为10^4到10^6时建筑围护结构传热对室内自然对流的影响。数值预测结果表明：该方法能够真实反映室内自然对流问题。为室内自然对流问题数值模拟提供了一种实用有效的方法。     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

绕水平圆柱层流自然对流数值模拟

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和能量方程入手，利用有限差分方法摸拟绕水平圆柱定常层流自然对流流动，采用流函数涡量无量纲方程，非均匀网格剖分，二阶精度差分格式，非均匀圆柱表面温度分布，计算了瑞利数Ｒａ在１０４～１０６，普朗特数Ｐｒ在０．７～１００范围内的各种非均匀表面温度分布下的绕水平圆柱自然对流，特别是在圆往表面温度局部低于室温情况下，计算出了回流。全部结果与实际情况及已有的实验计算结果吻合。     

对称阵列斜翅热沉自然对流数值研究

针对LED散热冷却问题,研究了一种自然对流条件下竖直放置对称阵列斜翅热沉的换热性能,分析了翅片高度、纵向间距对换热性能的影响,讨论了对称阵列斜翅热沉换热特点。结果表明:努塞尔数随瑞利数增加而线性增大;当热沉翅片高度大于40 mm时,努塞尔数达到最大值;随后努塞尔数随翅片高度增加不再明显变化。翅片纵向间距从25 mm到15 mm,其间距愈短,努塞尔数下降的愈快;从四列热沉到八列热沉,基板温度场自下而上分层现象愈来愈明显,高温区域集中在基板上部两角位置。相对四列热沉和八列热沉,六列热沉瑞利数随努塞尔数变化的拟合曲线斜率要比四列热沉高约5%,其具有更少的高温区域,有效地改善换热性能。     

重力驱动自然对流-相变耦合散热系统数值模拟

为实现大功率电力设备在自然对流下的有效散热,设计了重力驱动的自然对流-相变耦合散热系统。冷凝板表面安装的翅片增大了系统散热面积。系统内部具有两相回路,通过工质在回路中的相变换热,实现热量的有效传递。通过建立重力驱动自然对流-相变耦合散热系统的流动与传热模型,模拟研究系统内部的两相流动与传热传质过程。模拟研究结果表明,系统在热量输入后能够迅速启动,充液率为40%且总功率为3600 W时,系统最高温度为350.24 K。可见该系统能够对大功率电力设备进行及时有效的散热。     

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     

空气冷却塔自然对流的数值研究

对于海勒式空冷塔在设计工况下因热交换而引起的自然对流现象,以及环境大气温度对空冷塔自然对流和热交换影响问题进行了数值研究.研究中,我们采用了非交错网格的有限体积方法求解包含浮力作用的雷诺平均Navier-Stokes方程,其中浮力项的处理采用联系密度和温度变化的Boussinesq近似.通过计算我们得到了空气流量和散热量与正比于Grashof数的温度无量纲量的关系,与一些实测数据十分吻合,可为优化设计参数、研究自然风的影响提供理论基础.