基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

黏性耗散对幂律流体在多孔介质内对流换热的影响

基于Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型,比较了幂律型非牛顿流体在饱和多孔介质通道内充分发展的强迫对流换热过程中不同黏性耗散的影响,推导出量纲一的轴向流速分布、量纲一的温度分布,及对流换热特征参数的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典四阶Runge-Kutta法对不同情形下的黏性耗散效应进行了数值求解.模拟结果表明:对流换热特性与速度分布密切相关,不同的黏性耗散Darcy项、Al-Hadhrami项和Forchheimer项对流动换热特性有重要的影响,且布林克曼数Br、达西数Da、综合惯性参数F和幂律指数n等参数对流动换热特性也有着较大影响.     

翅片间距对热沉散热功率的影响研究

通过数值模拟手段,对水平放置的热沉在自然对流条件下的散热状况进行了研究．研究发现在热沉的宽度不变的条件下,减少翅片间距（相当于增加热沉上的翅片数目）并不能增加热沉的对流散热功率．通过对比对热沉的数值模拟结果并结合理论分析可知,在水平放置的直翅片热沉中,在翅片间存在一个空气停滞区,该区域内空气几乎不流动,这个特点影响了热沉自然对流散热性能的发挥．随着翅片间距的缩小这个区域面积增加．翅片间距有一最佳数值,在该最佳间距下热沉散热功率最大;翅片间距超过最佳值时,将因减少翅片面积而降低热沉散热功率;翅片间距低于最佳值时,将因减小有效散热面积而降低热沉散热功率．     

方腔内混合对流换热的数值研究与模型实验

为研究方腔内混合对流向受迫对流过渡的临界参数,通过数值模拟和模型实验,得到了不同工况下的流场、温度场,并将数值结果与实验结果进行了对比,通过一系列的数值计算,取得了均匀通风方式时混合对流处于受迫对流占优状态、自然对流受到抑制时的特征参数,指出描述方腔内混合对流的特征参数Ｇｒ／Ｒｅｎ中的ｎ不等于２,并发现当自然对流引起的旋涡消失时,自然对流对换热仍有一定的影响。     

大功率LED路灯方向敏感性研究

基于计算流体动力学（CFD）方法,构建了包括固体散热结构和周围流体区域的全场三维数学模型。利用该模型进行了强制对流下大功率LED路灯散热性能的方向敏感性研究,并分析了翅片间距和入口风速对其方向敏感性的影响。研究结果表明：板翅式换热器具有明显的方向敏感性,随着翅片间距的增大和入口风速的减小,这种方向敏感性逐渐弱化。     

Fe-C二元合金凝固过程强制对流作用下柱状晶生长行为的数值模拟

文章在前期建立的微观元胞自动机模型的基础上,耦合动量传输模型、质量传输模型和热量传输模型,建立了考虑流体流动的宏微观多尺度二维枝晶生长数学模型CA-FVM。并采用CA-FVM模型研究了强制对流作用下Fe-0.82C二元合金凝固过程枝晶生长规律。数值模拟表明:强制对流明显地改变了枝晶生长规律,靠近强制对流入口处枝晶生长受抑制作用较明显,枝晶生长较慢,远离强制对流入口处枝晶受抑制作用较弱,枝晶生长较快。同时,随着强制对流强度的增加,枝晶生长受熔体流动的影响更加明显,加剧了枝晶的非对称生长。     

线圈绕Y轴倾斜时多孔介质方腔内空气热磁对流的数值模拟

通过数值分析研究圆形载流线圈绕Y轴倾斜时多孔介质方腔内空气热磁对流。采用毕奥萨伐定律计算磁场强度;对控制方程基本变量采用控制容积法离散,采用SIMPLE算法求解,获得空气热磁对流的流场和温度场以及壁面平均Nusselt数。研究结果表明:线圈倾斜角yeuler和磁场力数γ对多孔介质方腔内空气流场结构与传热性能有重要影响,当γ<100时,努塞尔数Num随着yeuler的变化呈现交替性增大和减小;而当γ>100时,Num随着γ的增加而增大;当yeuler=0°时,方腔上半部区域形成2个大漩涡而下半部区域形成2个小漩涡;当yeuler=±90°时,方腔下半部形成1个垂直大漩涡而顶部形成1个水平小漩涡。     

强迫对流传热实验的数据处理方法研究

为解决强迫对流传热实验的数据处理工作量大的问题,文中利用Excel软件的计算功能,提出最小二乘法、函数法、直线拟合法和指数曲线拟合法共4种实验数据处理方法。并以确定横掠单管强迫对流表面传热准则关联式为例,对4种方法的可行性进行了验证。研究表明4种方法计算结果完全一致,计算精度高,计算工作量小,具有很好的工程应用价值。     

水泥熟料堆积体强制对流换热系数实验研究

在水泥熟料堆积体换热规律的研究中,其强制对流换热系数是重要参数之一,针对目前没有关于篦冷机内水泥熟料堆积体的强制对流换热关联式的现状,通过实验获得了适用于水泥熟料堆积体的强制对流换热系数。首先,通过渗透率实验得到了能够有效表征水泥熟料堆积体宏观物理特性的最小单元体——体特征元,由此确定了换热实验料筐尺寸;然后,基于自主设计的对流换热实验装置,通过测量水泥熟料颗粒温度及出入口空气温度,根据能量守恒定律及牛顿冷却公式分析得到水泥熟料堆积体的强制对流换热系数为19. 13 W·m-2·K-1。     

板式散热器的热工性能分析

本文根据板式散热器的结构形式,提出板式散热器的传热单元模型,用传热学理论并结合实验分析了传热单元的特点、对板式散热器的热工性能作了分析。     

特隆勃墙通道内瞬时速度场的直接数值模拟与分析

特隆勃墙通道属于上下端开口的有限空间,利用直接数值模拟对影响特隆勃墙通道内自然对流和传热的控制参数瑞利数Ra、结构参数宽高比w以及底部空气进口高度与通道高度比h。进行分析,并得出各参数对速度场的影响。所得的结论为特隆勃墙通道在建筑领域的推广和优化设计提供了理论上的依据和指导。     

强制对流烘箱内温度场均匀性研究

强制对流烘箱进、回风口的布置是影响箱内的温度场均匀性的关键因素,为了研究开发出更高性能的烘箱,通过数值模拟和实验测试的方法,研究了5种不同进、回风口形式的箱体构造设计方案(双边送风后置回风、双边送风置顶回风、单边送风对向回风、单边送风置顶回风、背部送风双边回风)下箱内的温度场流场,通过分析监测点温度、检测面平均温度,并计算能量利用系数和不均匀系数,结果表明单边送风对向回风是最优方案。优化后烘箱与原方案相比能量利用系数提高17.5%,温度、速度不均匀系数风别降低了26.5%、48.6%。实验测量得整体最大温差为2.5 K。整体最大温差降低了59.7%,温度场流场均匀度提高。     

空气在横管外自然对流中的辐射影响

空气在横管外自然对流是对流和辐射的复合传热。本文分析空气在横管外自然对流中辐射的影响程度及影响因素。     

计算机芯片二维模型自然对流散热的激光散斑法研究

本文介绍了带凸台竖直平行通道的自然对流的散热问题,给出了激光散斑杨氏干涉条纹的照片,绘制了不同情况下的温度分布曲线,整理出了换热的准则关系式.     

Constructal entransy dissipation rate minimization for a heat generating volume cooled by forced convection

The geometry of a heat generating volume cooled by forced convection is optimized by applying the entransy dissipation extremum principle and constructal theory, while the optimal spacing between the adjacent tubes and the optimal diameter of each tube are obtained based on entransy dissipation rate minimization. The results of this work show that the optimal constructs based on entransy dissipation rate minimization and maximum temperature difference minimization, respectively, are clearly different. For the former, the porosity of the volume of channels allocated to the heat generating volume is 1/2; while for the latter, the larger the porosity is, the better the performance will be. The optimal construct of the former greatly decreases the mean thermal resistance and improves the global heat transfer performance of the system compared with the optimal construct of the latter. This is identical to the essential requirement of the entransy dissipation extremum principle that the required heat transfer temperature difference is minimal with the same heat transfer rate (the given amount of heat generated in the heat generating volume) based on the entransy dissipation extremum principle.     

通道自然对流热阻力的数值研究

从热过程对流动过程影响的角度出发 ,运用通道自然对流的基本控制方程 ,用数值方法研究了流体流动的热阻力现象。结论表明 :对于窄通道自然对流 ,由于热阻力的存在 ,考虑物性变化对流动特性的影响是十分关键的。     

地表热通量的变化对边界层热力对流卷的影响

以1995年8月14日在Florida观测(SCMS实验期间)的位温、水汽和风速等为初始化的大涡模拟结果,分析研究了边界层对流卷的发展及地表热通量对边界层热力对流卷的影响。分析了热力对流卷的位温、垂直速度及水汽混合比的关系。结果表明在边界层对流卷中,上升气流较暖湿,下沉气流较干冷。还研究了边界层对流卷的演变,结果表明当地表热通量增大时,对流会变得非常活跃,对流层发展的高度也会加深。而当地表热通量增大致超过对流卷维持的临界值时,已经无法观察出对流卷的线性特点。利用地表热通量对对流卷形成和消散的敏感性实验模拟结果,分析得出地表热通量改变时,对流卷的组织性和对流的强度发生的相应变化。减小地表热通量时,对流的强度明显减弱。对流卷的组织性较显著。增加地表热通量时,对流的强度增大,对流会变得很不规则,但当地表热通量太大时,已经看不到有组织的对流卷。研究结果表明对流卷的维持需要一定的地表热通量。     

用lattice Boltzmann方法模拟矩形竖腔内混合对流

用lattice Boltzmann方法(LBM)模拟了纵横比(高度与宽度之比)大于1的矩形竖腔内同时存在自然对流和强制对流的混合流动时流场与温度场分布.比较了不同雷诺数(Re)、瑞利数(Ra)下矩形腔的流场分布在不同纵横比时的特点,研究了这些参数值对混合对流换热的影响,提出混合对流存在时Re和Ra对流动和换热的影响可由Richardson数(Ri)综合反映,并得到在不同纵横比时平均Nusselt数(Nu)随Ra和Re的变化关系式.与常用的LBGK模型不同,用了LB力矩模型.     

太阳能腔式吸热器自然对流热损的数值研究

腔式吸热器是碟式太阳能热发电系统的一个重要组成部分,它的性能优劣直接影响到整个发电系统的效率。重点分析了腔式吸热器的自然对流热损,建立了6种典型腔式吸热器的二维模型,选用FLUENT6.3计算了在开口直径为10cm,壁温为400℃,倾角α=0°条件下的6种腔式吸热器的内部自然对流热损失。计算和比较发现,球形吸热器的内部对流热损比其他5种吸热器平均低10%。通过计算球形吸热器在不同Aw/Al(内表面积/开口面积)和不同倾角下的对流热损大小,发现球形吸热器的对流热损随倾角的增大而显著减小,在α=0°(开口朝侧面)时最大,α=90°(开口垂直向下)时最小;计算得到球形吸热器的最佳Aw/Al值为8～10。     

新型冷板对服务器CPU散热的研究及能耗分析

设计了一种新型服务器散热的冷却装置,以一台服务器CPU及机箱为研究对象,建立热分析数学模型.通过比较空气冷却与液体蒸发冷却的模拟散热效果,分析施行强制对流协同冷板蒸发冷却方案的可行性.实验验证了模拟的可行性,结果表明:强制对流蒸发冷却对服务器CPU及机箱散热效果明显,120 W高功耗下CPU的工作温度仍较为稳定,且机箱内的温度分布更为均匀.该方式不仅有利于单台服务器机箱的散热,并且在小型服务器工作站能耗分析中,相对风冷散热其空调机房能耗要减少40%左右.