不同精度格式的格子Boltzmann热模型的传热分析

通过在格子Boltzmann (LBM)热模型中添加参数项,使得在对应的宏观传热方程中,消除了一阶非线性误差项,具备二阶精度.通过Rayleigh-Benard对流数值试算,初步探索该二阶精度格式及其对应的一阶精度格式三个热模型的传热特征和适应性,并做出相应对比分析.针对一二阶精度模型在Ra数极高或热传导系数极大时,Nu数的计算与经验值相比出现较大偏差,分析LBM对应宏观热传导方程的截断误差后,在平衡分布函数中引进一个调节因子.通过调节对应宏观传热方程的截断误差项系数,校正Nu数的计算偏差,提高模拟精度,拓展模拟范围,增强了LBM作为一个数值方法在传热中的适应性.     

隐式格式求解拟压缩性非定常不可压Navier-Stokes方程

采用Rogers发展的双时间步拟压缩方法,数值求解不可压非定常问题.数值通量分别采用三阶精度Roe格式和二阶精度Harten-Yee的TVD格式离散.为了加快收敛,提高求解效率,试验了几种隐式格式(ADI-LU,LGS,LU-SGS).针对经典的低雷诺数(Re=200)圆柱绕流问题,比较了不同隐式方法的计算结果和求解效率,以及两种数值离散格式计算结果的异同.最后采用Roe格式数值求解了两种典型的低速非定常流动问题:绕转动圆柱(ω=1)低雷诺数流动;NACA0015翼型等速拉起数值模拟.     

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.     

二维半线性扩散反应方程的高精度全隐格式及其多重网格方法

针对二维非定常半线性扩散反应方程，空间导数项采用四阶紧致差分公式离散，时间导数项采用四阶向后Euler公式进行离散，提出一种无条件稳定的高精度五层全隐格式.格式截断误差为O（τ⁴+τ²h²+h⁴），即时间和空间均具有四阶精度.对于第一、二、三时间层采用Crank-Nicolson方法进行离散，并采用Richardson外推公式将启动层时间精度外推到四阶.建立适用于该格式的多重网格方法，加快在每个时间层上迭代求解代数方程组的收敛速度，提高计算效率.最后通过数值实验验证格式的精确性和稳定性以及多重网格方法的高效性.     

三维紧致修正方法和圆筒内自然对流数值模拟

本文发展了差分法求解流动与换热问题的三维非均分网格7点紧致格式,并利用延迟修正方法将其与SIMPLE算法相结合形成了一种三维紧致修正方法。利用所发展的紧致修正方法对圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流与换热问题进行了数值模拟,所获得的数值结果与实验结果一致。采用Richardson方法证实所发展的三维紧致修正方法大约具有4阶精度。进一步的数值计算表明,在特征参数Ra数大于一定值时,由圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流问题简化的二维模型数值结果与实验结果逐渐加大,用三维模型才能得到比较可靠的结果。     

求解对流扩散方程的紧致修正方法

提出了求解对流扩散方程的紧致修正方法,该方法是在低阶离散格式的源项中,引入紧致修正项,从而构造高阶紧致修正格式,并进行求解.采用紧致修正方法对典型的对流扩散方程进行计算.结果表明,紧致修正方法虽然与二阶经典差分方法建立在相同的结点数上,但紧致修正方法的精度与紧致方法的精度相同,均具有四阶精度.所以紧致修正方法可以在少网...     

降压地面模拟技术中的临界压力研究

利用降压地面模拟技术,可以抑制自然对流的影响,从而通过地面试验结果还原空间密封舱内的流动换热情况.降压法的关键在于确定临界压力,使得自然对流对流动换热的影响刚好得到忽略.本文使用数值模拟方法确定临界压力比,以方腔密封舱内的流动换热情况为例,计算了不同 Gr/Re2 数和压力比下密封舱内的流动换热情况.得到了舱内气体温度分布和对流换热系数.通过比较空间情况和地面情况的计算结果,分析了自然对流给流动换热带来的影响,给出了判断临界压力的准则式,并给出了临界 Gr/Re2 数.     

基于SIMPLE求解对流-扩散方程的一种新方法

针对SIMPLE系列算法,通过分别求解控制容积界面和节点两个位置的对流-扩散方程来提高数值计算精度,提出了一种流动与传热数值模拟的新方法。采用新的数值方法对顶盖驱动流与正方腔自然对流进行了数值模拟。数值模拟结果表明,在相同网格划分时,新的数值方法相对迎风格式、乘方格式、QUICK格式SIMLE算法的计算精度高;而在计算精度基本相同时,新方法有较高的计算效率。     

求解Navier-Stokes方程组的组合紧致迎风格式

给出一种新的至少有四阶精度的组合紧致迎风(CCU)格式,该格式有较高的逼近解率,利用该组合迎风格式,提出一种新的适合于在交错网格系统下求解Navier-Stokes方程组的高精度紧致差分投影算法.用组合紧致迎风格式离散对流项,粘性项、压力梯度项以及压力Poisson方程均采用四阶对称型紧致差分格式逼近,算法的整体精度不低于四阶.通过对Taylor涡列、对流占优扩散问题和双周期双剪切层流动问题的计算表明,该算法适合于对复杂流体流动问题的数值模拟.     

封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性

本文通过数值计算探讨了封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性。数值计算以整个圆为计算区域,采用了非稳态的数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。在相同条件下计算结果和实验结果符合很好。数值结果显示, 当几何结构一定时,Rayleigh数Ra小于某个临界值时,流动和换热处于稳态,并且关于垂直中心线对称;Ra大于这个临界值时,流动和换热是振荡的,非对称的。数值实验还表明,流动和换热出现振荡时的临界Rayleigh数Rac与开缝圆的开缝度有关,且流动和换热的振荡会出现对称振荡和非对称振荡两种情形。     

微重力条件下舱内对流换热的地面质-热比拟

运用热量传递和质量传递的相似比拟原理,对载人航天器地面模拟舱内空气的对流换热和对流传质进行了理论分析,对萘升华质－热比拟实验技术用于微重力舱内对流换热地面模拟的可行性进行了讨论。提出了一种工作压力和模型尺寸保持的抑制自然对流的地面模拟技术,并用数值方法对其进行了验证。结果表明,这一技术可用于载人航天器工作舱内对流换热的地面模拟实验。     

On the combined heat transfer in the multilayer non-gray porous fibrous insulation

A detailed numerical modeling is performed to investigate coupled heat transfer of natural convection, radiation and conduction in high-temperature multilayer thermal insulation (MTI), which consists of high-porous, non-gray semitransparent fibrous materials and reflective foils. Radiation within fibers, radiation between fibers and the reflective foils, conduction within fibers and convection from the fibers to the surrounding fluid are considered. Macroscopic (porous media) modeling is used to determine velocity, pressure and temperatures fields for fibrous insulation with a random packing geometry under natural convection, whereas the radiative transfer equation (RTE) is used to solve the radiative heat flux for non-gray materials. Key features of the macroscopic model include two-dimensional effects, non-gray radiative exchange, and the relaxation of the local thermodynamic non-equilibrium (LTNE). This model was validated by comparison with experimental data and it was used to investigate natural convection of coupled heat transfer in multilayer insulation, numerical results showed that natural convection is more likely to occur when the heated/cooled rate is low, while natural convection can be ignored in simulating steady-state coupled heat transfer in MTI.     

Analysis of the convective heat transfer characteristics in a two-dimensional cavity subjected to an external magnetic field

Natural convection heat transfer in the presence of a magnetic field has received considerable attention in the past few decades because of its various applications in industrial installations. In particular, a large number of numerical studies analyzing the effect of the magnetic field on natural convection in a two-dimensional cavity have been performed. In this work, we propose to study the main characteristics of the convective heat transfer of pure fluids and nanofluids in a two-dimensional cavity differentially heated and subjected to an external magnetic field. The scale analysis method is used first to obtain a correlation giving the heat transfer rate, which is then developed to predict the behavior of the heat transfer rate for pure fluids and nanofluids. To verify the reliability of the theoretical predictions, a numerical study is also carried out. The results show that the proposed correlation predicts well the convective heat transfer characteristics obtained numerically.     

Heat transfer and fluid flow of benard-cell convection in rectangular container with free surface sensed by infrared thermography

The natural convection flow phenomena that occur inside an enclosed space are very interesting examples of complex fluid systems that may yield to analytical, empirical and numerical solutions, and many reports have looked into this basic problem. In the present study, heat transfer and fluid flow for natural convection in a horizontal rectangular container with a free surface are investigated using infrared thermography. The temperature field was measured and visualized at a gas-liquid (air — silicon oil) interface using infrared thermography. The heat transfer phenomena were also investigated by statistically analyzing the temperature data. The applicability of the infrared thermography to quantitative heat transfer measurement at the gas-liquid interface was evaluated. It is revealed that infrared thermography is effective not only in visualization of a gas-liquid interface but also in heat transfer measurement. A new heat transfer correlation is proposed for the gas-liquid interface of this flow system. The coefficient of heat transfer can be summarized by a specific heat transfer correlation formula regardless of several conditions, including container aspect ratio, fluid viscosity and fluid layer depth.     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

3ω法研究微尺度下铂丝自然对流换热

建立了测量微细丝表面空气自然对流换热系数3ω法模型。利用3ω法测量了直径为10.6μm水平和垂直方向铂丝表面室温下的空气换热系数。水平和垂直铂丝产生的三次谐波比较接近,结果说明,微尺度下空气的自然对流换热以导热为主,自然对流作用可以忽略。基于3ω线法原理,引入形状因子并提出了微尺度下铂丝表面换热系数的理论计算模型。空气自然对流换热系数远大于大尺度下的值,主要原因是铂丝的面积体积比值大。     

对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究

合金凝固过程中存在于枝晶尖端液相区的强制对流和自然对流均能改变溶质扩散层厚度,从而会对枝晶形貌产生较大影响.在元胞自动机模型基础上,耦合液体流动方程、热传导方程和溶质对流扩散方程,建立了新的计算微观组织演化的数值模型,并利用该模型研究了强制对流和自然对流对枝晶生长的影响.三维数值模拟结果再现了强制对流作用下等轴枝晶的生长过程,揭示了强制对流对枝晶生长速率和尖端半径的影响特点.同时利用该模型模拟了NH₄Cl-H₂O溶液定向凝固过程中自然对流对柱状晶生长的影响,并采用相应的实验进行验证.模拟结果与实验结果符合良好,从而证明该模型是可靠的,可推广到实际合金系中. 关键词： 元胞自动机 对流 4Cl-H₂O溶液')" href="#">NH₄Cl-H₂O溶液 定向凝固     

具有隔板的平行通道内空气混合对流换热数值模拟

本文以锅炉干排渣装置为背景,对抽象的理论模型具有隔板的平行通道内空气混合对流换热进行了数值模拟.数值计算表明,在Re＞1000时应采用非稳态数学模型进行数值模拟;在Re＞500时,自然对流机制对流动和换热的影响基本可以忽略.数值计算给出了不同Re时的进出口无量纲压差、局部的Nux和平均Nu以及流线图.这些结果可为深入研究干排渣装置中流动和换热特性提供参考.     

交变热流下燃烧室外对流传热特性数值研究

采用数值计算对水对流换热边界下天然气燃烧及外部对流传热特性进行了研究。研究了相同燃烧功率不同水入口流速下燃烧及传热特性,得到各个区域交界面温度分布及燃烧室内辐射换热与对流换热占总换热量比例。对天然气高温空气燃烧技术在工业锅炉等设备上的应用具有很好的指导意义。