竖板通道内气体自然对流换热危机现象分析

一、前言 在诸多的工程设备中,如肋片式换热器、太阳能集热器、核反应堆堆芯及电力电子器件,经常采用竖板通道作为其散热器件。自从Elenbass首次提出竖板通道自然对流问题后,人们对此作了大量分析和实验工作。为了便于分析,通常采用定物性假定(Boussinesqu假定),而很少注意物性的影响。当特性温差与绝对温度比不是很小的情况下,就要考虑流体物性变化的影响,通常用参考温度法或物性比法进行修正。本文着重研究物性变化对竖板通道内质量流量的影响。在数值计算和实验研究中,均发现了自然对流     

等温竖平板通道自然对流换热优化的实验与理论研究

一、引言 竖平板通道自然对流在许多工业设备中得到了广泛的应用。在肋片式散热器及电子设备散热的热设计中,经常涉及换热优化问题,即在给定的空间范围内如何设计多通道体系以使得总换热量最大。前人对此做了不少工作,得出了一些换热优化关系式和设计曲线。他们的研究大多采用常物性自然对流换热关系,通道表面的辐射换热也没有考     

竖平板通道自然对流速度场的测量

一、引言 近年来,随着超大规模集成电路的发展和应用,使得电子设备的冷却问题越来越突出,竖板通道的自然对流换热的研究进一步得到了人们的重视.然而,尽管有许多学者对该问题进行了数值计算与实验研究,由于自然对流的速度小,流场对外界的干扰很敏感,再加上通道几何条件的限制,文献中很少见到通道内速度场的测量结果.现有的许多关     

格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程

建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.     

等温竖平板通道自然对流端部效应的实验研究

一、引言 平行平板通道自然对流换热的数值求解常采用二维假设,用干涉法测量通道内气流温度场也是在二维场的前提下进行.然而,工程实际中所遇到的通道自然对流问题总会有端部效应存在.目前,可以说明二维假设的适用范围的实验结果很少.sparrow曾用质交换的方法研究了通道自然对流换热,并得出如下结论:如果(b/h)Ra大于10,则通道两端封闭与否对总换热量无多大影响,系统可看作是二维的.本文着重讨论端部效应对通道自然对流速度场的影响,试验研究了端部效应的强弱与通道几何尺寸和平板与环境的温差的相互关系.     

管内受热气体层流流动热不稳定性理论研究

1前言流体的物性参数在温度发生变化时其动力粘性系数、导热系数也要发生变化。这一特性对换热特性可能有较大的影响．现有的换热器中对流换热计算中考虑流体变物性的影响，都是先假设常物性进行计算，然后再按照近似经验公式进行修正＊．事实上，由于变物性的影响，流体的对流换热可能会出现新的规律，完全不同于常物性下的情形。对于气体而言，其密度随温度升高而减小，动力粘性系数、导热系数随温度上升而增大，变物性效应将更加明显。这是因为对管内受热气体流动，密度减小、动力粘性系数增大都将导致摩擦损失增加，导致质量流速减小，…     

球形颗粒在超临界水中自然对流传热特性研究

超临界水流化床反应器可以有效气化湿生物质并且高效产氢。超临界水流化床反应器工作的表观流速比较低,颗粒与流体之间的自然对流换热是主要的传热方式.本文通过Boussiesq模型和真实物性流体模型模拟研究了层流条件下单颗粒与超临界水在拟临界点附近的自然对流换热.由于物性变化的影响,颗粒表面附近呈现高速度梯度、高表面涡量和高温度梯度的现象。临界水导热系数和比热的变化对拟临界区的自然对流传热起主导作用,Grashof数和平均Nusselt数在对数坐标下为线性关系。     

格子Boltzmann方法用于模拟超临界CO2自然对流的研究

本文提出一种能够体现流体物性变化的格子Boltzmann模型。首先,通过模拟常压下空腔内的自然对流,检验了模型的可靠性。其次,模拟了超临界压力下CO2的自然对流,讨论了伪临界温度附近急剧的物性变化对流动及传热的影响。模型的提出为深入探讨CO2的流动和传热特性提供了有力工具。本文结果为有效利用超临界CO2提高换热系统的性...     

变物性参数对微通道内纳米流体强制对流换热的影响

对二维微通道内Al_2O_3-水纳米流体的强制对流换热进行了数值研究。主要研究纳米流体的变热物性参数、纳米粒子体积分数φ和Re数对纳米流体强制对流换热的影响。研究表明:在Re数和纳米颗粒体积分数φ一定时,变热物性参数纳米流体比定热物性参数纳米流体在微通道内的强制对流换热强。在Re数一定时,随着纳米粒子体积分数φ的增加,纳米流体换热性能增强。在纳米粒子体积分数φ一定时,随着Re数的增加,纳米流体的换热能力也随之增加。     

变物性对微通道内流动与传热的影响

分别采用入口物性、平均物性和变物性对Dh=0.333 mm、Re=101～1775的矩形微通道内层流流动与传热进行了三维流固耦合数值模拟.将不同方法下局部和平均流动与传热特性的计算结果与新近文献中的实验结果、常见关联式及近似理论解进行了对比分析.结果表明,与入口物性法相比,平均物性和变物性法均获得明显较低的fapp和较高的hz和Nuz.与平均物性法相比,变物性法在通道起始段具有更高的fapp Reave和较低的hz,而在后段具有较低的fapp Reave和较高的hz.Nuave的计算结果与Sieder-Tate关联式吻合良好,表明传统的宏观数学模型能够正确用于预测本文尺度和Re范围内微通道内的流动与传热特性.     

自然循环加热段内对流传热特性的实验研究

本文以常压去离子水为工质,对自然循环工况下上升加热段内单相水的对流传热特性进行了实验研究。实验结果表明,自然循环工况下上升加热段内工质的物性变化及由浮升力引起的自由流动对对流传热特性有重要影响。通过分析,提出了计算自然循环工况下上升加热段内单相水的对流换热系数的经验关系式。     

格子Boltzmann方法模拟融化相变过程

建立融化和自然对流耦合的格子Boltzmann双分布函数模型,采用焓法迭代求解相变非线性源项,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性间题.热传导融化过程的计算值与分析解的对比分析说明该模型能够准确地模拟融化过程.自然对流条件下融化过程的模拟结果表明自然对流在一定程度上影响了融化传热及融化速率等,体现出与热传导融化不同...     

不同重力下窄通道内薄材料表面的火焰传播

在常重力下模拟微重力燃烧对载人航天器的火灾安全具有重要意义.窄通道就是这样一种可以有效限制自然对流的模拟设施.但是,不同重力下火焰传播的相似性仍然是有待研究的问题.本文用实验和数值模拟的方法,比较了不同重力下有限空间内热薄材料表面的逆风传播火焰.不同重力下火焰形状和火焰传播速度的比较表明,1cm高的水平窄通道可以有效地限制自然对流,在常重力下用这种通道能够模拟微重力下相同几何尺寸的通道中的火焰传播.因此,在地面上首先利用水平窄通道,模拟相同环境中的微重力火焰传播,然后考虑通道尺寸变化对火焰传播的影响,有可能成为地面模拟其他尺寸的空间中的微重力燃烧的方法.     

具有添加材料的水平同心套管内自然对流的研究

一、引言 近些年来,水平同心套管内自然对流的研究引起了人们越来越广泛的注意,因为它对隔热技术、电气设备的冷却、聚焦式太阳能集热器和核反应堆的设计等都有着重大的指导意义,因此,无论是实验研究还是数值计算或近似求解都取得了很大的进展。 在水平同心套管内添加一部分固体材料后,内部自然对流的温度场、流场和添加固体     

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。     

水平方管层流混合对流的三维数值模拟

本文建立了水平矩形通道三维层流混合对流的数学模型,提出了壁面导热与流动耦合的简化计算方法,采用SIMPLER算法对其流动和换热过程进行了数值模拟.计算结果表明由于浮升力的作用使水平通道内出现二次流现象,加热面的上下顶端周向导热热流密度存在极大值,下底面的局部Nusselt数最大,上底面最小.混合对流:平均Nusselt数随 Re和Gr*的增大而增大;但当Re较大时,平均Nusselt数随Gr*变化而近似不变.     

低马赫数方法在自然对流数值模拟的应用

采用低马赫数近似的方法来对大温差驱动的自然对流问题进行数值模拟。低马赫数近似是通过将全可压的Navier—Stokes方程中声波进行过滤,从而在马赫数较低的流动中忽虑声波对流场的影响。声波过滤后的方程具有不可压缩N—S方程的特点,但可以求解温度和密度变化较大的问题。首先,通过对盖顶驱动流的数值模拟,验证了本文方法的可靠...     

异形腔体内部自然对流的有限元分析

一、前言 自然界与工程技术中经常遇到空腔内部的自然对流问题,文献[1]和[2]中曾计算了正方形域问题,但对异形空腔内自然对流的研究仍很少见。文献[3]指出,对梯形空腔内自然对流的研究,无论是实验还是数值计算都很少做过,而这种物理现象在工程问题中有重要作用。     

非等温竖壁的自然对流与辐的复合换热

采用数值计算与差分干涉方法,对非等温竖壁的自然对流与辐射的复合换热进行了理论和实验研究,由于冷凝器水平排管的影响,竖壁温度沿高度产生周期性变化;局部对流换热系数呈起伏振荡和下降分布,水平排管的间距对局部对流换热系数有明显的影响,辐射换热的存在使得竖壁平均温度降低;在Ra=2.5×10~7-5.0×10~8,s/d=6-16范围内,辐射换热量的份额随Gr数的增大而有所增加,给出了计算非等温竖壁平均换热系数的准则关系式,为设计该类冰箱背壁散热提供了依据。     

含相变微粒流体热对流启动的Galerkin解

采用Bubnov-Galerkin方法对有恒壁温条件下,两平板间夹有含相变颗粒流体的自然对流热启动瑞利数进行了近似解析求解,求出了临界瑞利数Racr和波频数kcr随相变物质浓度,以及在相变温度范围内随加热表面温度的解析关系表达式.从而,为实现该类功能性潜热流体的自然对流传热强化,及其优化控制蓄热过程有理论指导意义.