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.     

圆筒内开缝圆筒自然对流的数值模拟

建立三维圆内开缝圆的数学模型,分别采用二维和三维SIMPLE算法QUICK格式,对王国祥实验参数下的圆内开缝圆自然对流换热问题进行数值模拟,当Ra数较小时,系统为稳态的,二维和三维数值结果均与实验结果吻合得非常好,当Ra数较大时,系统随时间振荡,整体呈现明显的三维特性,二维数值结果与实验结果的差异趋于增大,而三维数值结果与实验结果仍吻合得非常好。     

封闭圆内开缝圆自然对流的非线性特性研究

本文通过数值计算对封闭圆内开缝圆自然对流的非线性特性进行了研究。数值计算以整个流场为计算区域,采用非稳态数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。计算结果表明,在不同参数下流动和换热存在稳态定常解、周期性振荡解、拟周期性振荡解和非周期性振荡解。稳态定常解的相图是一个点;周期性振荡解的相图是一个极限环,对应功率谱含一个基频及其谐波;拟周期性振荡解的相图为环面,对应功率谱含两个不相关的频率及它们的线性组合频率;非周期性振荡解的功率谱为无规则的宽带连续谱。     

底部加热长方体腔内自然对流的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分格式,对底部加热三维长方体腔内空气的自然对流进行了数值模拟。根据模拟结果,探讨了方腔内流体流动与换热的静态分岔与振荡等非线性现象。数值结果显示,在固定的几何尺寸和不同Ra的情况下,当初始场不同时,会出现若干不同的解,即存在解的静态分岔;在固定的几何尺寸和相同的初始场情况下,低Ra时流动和换热处于稳态,当Ra超过某一临界值时,流动和换热就会随时间振荡,并通过倍周期分岔过渡到混沌;当方腔的几何尺寸不同时,分岔点的特征值Ra也发生变化。     

圆内开缝圆自然对流的Ruelle-Takens混沌道路

使用热格子Boltzmann方法针对圆内开缝圆自然对流的流动与换热进行数值模拟，通过相空间、功率谱等进行非线性动力学特性分析，研究其流动与换热的稳定性.结果表明：随着瑞利数Ra的增加，流场的相图从开始稳定的平衡点经历Hopf分岔后转变为极限环，表明流场进入一个倍周期性振荡状态；随着瑞利数进一步增加，稳定的极限环分岔为二维环面，系统相空间结构复杂化；当瑞利数Ra大于某一临界值时，二维环面分岔突变进入混沌状态，系统在相空间中出现非常复杂的轨线结构.总体上，通过系统不同瑞利数所对应的非线性动力学特性的表现形式，表明系统经过Ruelle-Takens道路到达混沌，展现出自然对流从稳定的流动和换热发展到非线性运动特征的混沌历程.     

锌锅中低Pr流体混合对流的自维持振荡

本文对以带钢连续热镀锌为背景抽象出的锌锅中低Pr流体的流动和传热进行了数值模拟.数值结果显示,对Re=0的纯自然对流,Ra在104和105间时数值解由稳态解分岔为振荡解;对于Ra=0的纯强制对流,Re在4×103和5x1003之间时,数值解从稳态解分岔为振荡解;当Ra和Re均小于自然对流和强制对流单一机制作用时发生振荡的临界值时,混合对流的流动和传热为稳态;当Ra和Re中的一个参数大于单一机制作用发生振荡的临界值时,另一个参数由小于增加到大于单一机制作用发生振荡的临界值时,数值解由振荡解变为稳态解.     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

水平空气层自然对流换热的分岔和振荡

本文用SIMPLE算法对底部加热的水平空气层的自然对流换热进行了数值计算,研究了这种空气层的流动与换热数值解的振荡和分岔问题。结果表明,对流与换热存在分岔情况。分岔存在一个临界Ra。分岔的临界值与Pr相关,随着Pr的增大,其相应的临界Ra也增大。但当Ra取到5×10~6,这种空气层的对流和换热没有发生振荡。     

竖直通道内双水平圆管自然对流的数值模拟

采用非稳态的层流模型对竖直通道内竖直布置的两根水平圆管的自然对流换热进行了数值模拟研究。分析了管间距对圆管自然对流流动和换热以及时间特性的影响。数值模拟结果表明:随着管间距S的增大,上下管之间的流动增强,上管换热的增强幅度较下管明显,Ra越大,上管的换热增强越明显。在Ra=10~8时,上下管的换热并不随着S的变化而呈现单调的变化。不同参数下,上下管的换热呈现出稳态、准周期振荡、周期振荡和混沌的时间特性。所得结果可为管束式换热器的传热计算提供理论参考。     

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。     

方形空间内混合对流换热的数值研究

以建筑物内人工环境控制为应用背景,对有对称空气射流的方形空间内混合对流换热进行了数值模拟,探讨了这种具有对称结构的混合对流换热解的分岔问题。数值结果表明,Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、强制通风气流的射流角度、以及方形空间的宽高比都会影响解的分岔。当Ｒｅ数超过某一临界值时,会出现非对称数值解。宽高比减小,出现非对称解的临界Ｒｅ数也随之减小。Ｒｅ数、宽高比一定,仅当通风气流的射流角度在某个范围内时,能够得到非对称的数值解。     

Natural convective heat transfer of Ag-water nanofluid flow inside enclosure with center heater and bottom heat source

A numerical study on natural convective heat transfer inside an enclosure with center heater using nanofluid has been carried out. The effect of different length of center heater on the flow and temperature fields is analysed for different Rayleigh numbers. Results are displayed in terms of streamlines, isotherms, mid height velocity profile and average Nusselt number. The numerical results reveal heat transfer increases with increasing heater length at both vertical and horizontal positions for increasing values of Rayleigh numbers. In particular, a higher increase in heat transfer is obtained with heater situated with vertical position of maximum length. Also it is obtained that enhancement of heat transfer is high for Ag - water nanofluid than CuO -water and Al₂O₃ -water nanofluids.     

低Prandtl数水平流体层自然对流的振荡和分歧

本文用具有QUICK方案的有限差分法对底部加热的低Prandtl数水平流体层自然对流换热进行了数值计算,研究了这种问题中存在的振荡和分歧问题。结果显示,在Ra的一定取值区间,有4涡型流场和5涡型流场两个解的分支。但在这个区间以外,最终的结果没有出现分歧。在所发现的两个解的分支中,问题由稳态转变为非稳态的临界Racr是不同的。     

Numerical modeling of the effect of number of electrodes on natural convection in an EHD fluid

Numerical modeling of the electrohydrodynamic effect on natural convection in enclosures is investigated. The interactions between electric field, flow field, and temperature field are analyzed by using the computational fluid dynamics technique. Flow pattern and temperature distribution are substantially affected by the voltage supplied at the wire electrodes, especially at low Rayleigh number. It can be concluded that the fluid velocity and heat transfer coefficient in the presence of an electric field are significantly increased with when a large number of electrodes is used. Surprisingly, a minimum value of augmented heat transfer occurs with an intermediate number of electrodes. The optimized condition between the aspect ratio of an enclosure and number of electrodes which leads to maximum heat transfer enhancement is expressed in terms of the parameters concerned.     

几何位置对封闭方腔内水平孤立平板自然对流换热的影响

本文以冰箱蒸发器等实际问题为背景，以空气为介质用数值模拟方法研究了封闭方腔内水平孤立平板层流自然对流时Ｒａ数及平板位置变化对Ｎｕｍ的影响，得出了可供工程应用参考的结论。同时用烟可视化的实验验证了计算结果的正确性。     

Transient electrohydrodynamic convective flow and heat transfer of MWCNT - Dielectric nanofluid in a heated enclosure

A computational research was performed to analyze the electrohydrodynamic (EHD) convective heat transfer in a differentially heated dielectric-MWCNT nanofluid layer. The study was conducted on a square enclosure subjected to a temperature gradient between these two vertical walls as well as a potential difference between these horizontal walls. The enclosure was filled with MWCNT oil-based nanofluid; the MWCNT nanoparticles were dispersed in a perfectly insulating thermal oil with a volume fraction of hardly exceeded 0.4%. The governing equations were derived with the assumption of homogeneous nanofluid and were solved with employing finite volume method. Based on the obtained results, it was found that the increase of Rayleigh number, electric Rayleigh number and nanoparticle concentration enhanced the heat transfer. For high thermal and electric Rayleigh number values, the flow and heat transfer became time dependent and accordingly a frequency study was also performed. It was found that the inclusion of an electric field with the addition of nanoparticles led to a significant heat transfer enhancement of about 43%.     

非稳态横掠管束周期性充分发展对流换热的数值模拟

本文采用非稳态数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100以后流场和温度场随时间发生振荡,并且振幅随Re增加而增大;进一步增加Re到一定值后,在管束间会有交替出现的涡。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中的实验关联式基本是吻合的。平均Nusselt数的计算值随流动方向管间距的增加而增加。     

不连续冷源布局多孔介质内热流耦合LBM数值模拟

为研究不连续冷源边界对内置发热体多孔介质方腔内传热及流动的影响，采用格子Boltzmann方法对REV尺度下多孔介质方腔内的自然对流进行计算，并研究瑞利数（Ra）、达西数（Da）、孔隙度对多孔介质方腔内传热流动的影响.发现Da对方腔内的流体流型影响很大，Da为10^-4时，多孔介质方腔内只有一个涡流，而Da为10^-2时，方腔内有两个涡流.增大Ra、Da、孔隙度可以提高冷源壁面的平均努赛尔数（Nu），增强散热效果，孔隙率对平均Nu影响程度和Da的大小有关.当冷源布置在壁面上方，壁面的平均Nu随Ra的增加剧烈变化，方腔处于高Ra条件下时，将冷源布置在边界的上方可以提高散热效果.6种布置方案中Case 6的散热效果最好.