周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究

对充满多孔介质的倾斜方腔,在其上下壁面绝热、右侧壁面维持恒温To及左侧壁面温度基于To随时间按正弦规律变化的情况下,采用Brinkman扩展达西模型和SIMPLER算法对方腔内的自然对流与换热进行了非稳态数值模拟,方腔倾角α的范围为0°～90°,Pr数为1,Ra数为106.计算研究不同的振荡频率和方腔倾角对方腔内对流换热的影响.数值模拟结果表明:振荡频率f为60π,方腔倾角为43°时,方腔内的换热最强.     

深低温球内伪稳态自然对流换热研究

基于CFD仿真软件FLUENT,建立了封闭球形容腔内氦气关键物性参数随温度变化的深低温自然对流仿真模型。利用该模型对封闭球形容腔内20～100 K温度下不同瑞利数(10~8Ra10~(11))伪稳态自然对流换热进行了数值模拟,得到了速度场分布、温度场分布和努塞尔数(Nu).开展了液氢温区球形封闭容腔内氦气伪稳态自然对流换热试验。通过与试验数据的对比分析,验证了本文所提出的深低温自然对流模型的有效性。利用最小二乘法,获得了深低温球形容腔内氦气自然对流换热准则数方程。     

基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比

为了对比研究弱可压光滑粒子动力学(WCSPH)方法和不可压光滑粒子动 力学(ISPH)方法在模拟封闭方腔自然对流问题时的特性, 采用粒子位移技术有效地解决了高瑞利数条件下, 拉格朗日型SPH方法模拟封闭方腔自然对流时流体域内的粒子聚集和空穴问题, 将拉格朗日型SPH 方法求解封闭方腔自然对流问题的最高瑞利数提高到了10⁶; 进而通过对比瑞利数分别为10⁴, 10⁵, 10⁶的条件下, 采用拉格朗日型WCSPH、 拉格朗日型ISPH、欧拉型ISPH三种SPH方法模拟得到的封闭方腔速度分布云图、 温度分布云图、壁面努赛尔特数分布曲线和平均努塞尔特数, 分析了三种SPH方法在模拟封闭方腔自然对流时的精度、稳定性和计算效率. 结果表明: 在低瑞利数条件下, 以上三种SPH方法都可以较好地模拟此问题, 在高瑞利数条件下, 欧拉型ISPH方法的模拟结果最为精确; 拉格朗日型WCSPH方法模拟所得结果比拉格朗日型ISPH方法模拟所得结果稍好些. 关键词： 光滑粒子动力学 不可压光滑粒子动力学 粒子位移技术 自然对流     

布朗运动影响下方腔内纳米流体非稳态自然对流的数值研究

对方腔一侧壁面温度随时间按正弦规律变化、充满CuO-水纳米流体的二维方腔内的非稳态自然对流换热进行了数值研究。在相关参数一定的条件下,研究了Ra数、纳米颗粒体积份额φ和纳米颗粒布朗运动对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:考虑布朗运动时壁面时均Nu数均大于不考虑布朗运动时的相应值;不考虑布朗运动时,时均Nu数均随φ的增大而增大;而考虑布朗运动时,当Ra数较小时,时均Nu数均随φ的增大而增大,而Ra数较大时,存在有最佳的φ值,可使时均Nu数达到最大值。     

水平板自然对流换热的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分方案,对封闭方腔内水平板自然对流换热进行了数值模拟.数值结果显示,低Ra数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非稳态振荡,此时流动和换热表现出非对称性.对不同Rayleigh数,流动和换热通过单周期分岔从稳态过渡到非稳态,并通过倍周期分岔过渡到混沌.在混沌区,仍然会出现周期性窗口,并且数值结果与初始条件有关.     

倾斜多孔介质方腔内纳米流体自然对流的格子Boltzmann方法模拟

利用格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM) 对倾斜多孔介质方腔内 Al_2O_3-H_2O 纳米流体的自然对流进行数值模拟, 考虑了孔隙率 (0.3 ≤?≤ 0.9)、瑞利数 (10~3 ≤ Ra ≤ 10~6)、纳米颗粒体积分数(0 ≤ ? ≤ 0.04) 和倾斜角 (0°≤γ≤ 120°) 等因素的影响, 研究了正弦温度分布边界条件下倾斜多孔介质方腔内纳米流体的自然对流传热机理. 结果表明: 若?和γ保持不变时, 随着 Ra 数的增大, 热壁面处的平均努塞尔数 (Nu_(ave) 数) 呈现出先减小后增大的趋势; 对于给定的 Ra 数, 当γ = 0°时, 随着孔隙率的增大, 热壁面处Nu_(ave) 数逐渐增大, 当γ = 40°, 80°和 120°时, Nuave 数在?= 0.7 左右时达到最大值; 若?和 Ra 数保持不变, 当γ = 40°时, 方腔内的自然对流换热效率最强, 当γ = 80°时热壁面自然对流换热效率被削弱. 最后, 研究了纳米颗粒体积份数的影响, 当方腔施加一定倾角时, 热壁面处的 Nuave 数随着纳米颗粒体积分数的增大而增大.     

局部热壁面多孔介质方腔内自然对流的数值研究

本文对上下壁面绝热、左侧壁面长度为b的嵌装加热器部分维持恒定温度T_h而剩余部分绝热,且右侧壁面维持恒定温度T_c的多孔介质方腔内的自然对流换热进行了数值研究.在热壁面无量纲长度B=0.5(B=b/L)的条件下,综合研究了左侧壁面受热部分中心距上壁面的无量纲长度D(D=d/L)、Da数、Ra数和孔隙率对腔体内自然对流换热的影响.数值计算结果表明,左侧壁面受热部分位置的不同对腔体内自然对流换热有很大的影响,D在0.6附近取值时,Na数最大.Da数、Ra数对腔体的自然对流换热影响较大,而孔隙率对换热的影响较小.     

水平磁场对液态金属自然对流的影响

在聚变堆中,由于大温差和强磁场的影响,液态金属自然对流呈现出了不同于常见流体的流动和换热特征。本文基于自主研发的磁流体计算程序,通过三维直接数值模拟,研究了平行于温度梯度的水平磁场对封闭方腔中液态金属流动与传热的影响。分析了不同磁场强度下,方腔内的流动与传热,包括主环流、二次流、温度分布及Nu数分布等,并从机理上解释了磁场的影响。结果表明平行温度梯度的水平磁场对自然对流有抑制作用,磁场越强,抑制越明显,传热效率越低。     

自然对流的LB方法模拟及其非线性特性

采用LB方法和QUICK差分方法模拟了方腔内竖直平板自然对流和底部加热方腔内自然对流换热问题.实现了LB方法对具有孤立体的封闭空间内耦合的流动和传热问题的数值模拟,所得数值结果与QUICK差分方法的数值结果及已有的烟可视化实验结果一致;两种方法对底部加热方腔内自然对流问题的预测结果均出现了静态分岔和动态分岔;根据底部加热方腔内自然对流换热数值结果给出的极限环型速度相图和功率谱表明,两种方法得到的数值结果的非线性特性一致.     

剪切力驱动下混合对流问题的介观模拟

本文采用能量守恒耗散粒子动力学(eDPD)方法研究了内含椭圆热源的封闭方腔内的对流换热问题。提出一种处理曲面边界和移动边界的新方法,模拟了剪切力驱动的混合对流换热问题以及椭圆热源被迫旋转引起的混合对流换热问题,分析了剪切力方向、理查森数Ri和椭圆被迫旋转对混合对流换热特性的影响,并且得到了不同条件下的流线图和等温线图。研究结果表明,横向剪切时Ri数对方腔内的传热影响并不显著而纵向剪切时Ri对方腔内的流动与传热的影响非常明显;椭圆热源被迫旋转给流场带来扰动,使等温线发生扭曲,但是整个流场的结构没有发生根本性的改变。