不良导体导热系数测量实验中两种冷却方式的对比研究

对稳态法测量不良导体导热系数实验中两种冷却方式进行了对比研究,实验结果表明：自然对流冷却方式测量结果很接近理论值,强迫对流冷却方式测量结果偏差较大,分析了偏差产生的原因．     

封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究

自然对流是由非保守体积力驱动的流体流动,这种体积力可以是重力、离心力以及电磁场力等;通过外加梯度磁场来影响流体的流动,产生强化换热效果的方法是一种新型的强化技术．本文利用永磁体产生0．3 g左右的加速度,采用马赫干涉仪对封闭方腔内空气的热磁对流的强化换热现象进行了实验研究,得到了温度场的干涉图像,并与理论模拟结果进行了比较,发现磁场对空气的自然对流换热有一定的强化作用．     

矩形窄通道空气自然对流换热特性实验研究

以电加热的方式,对高为800mm,宽为60 mm,间隙分别为1.0 mm,1.8 mm和2.5 mm的竖直矩形流道内空气自然对流换热特性进行了实验研究,同时考察了在实验段出口是否有绝热烟囱对自然对流换热特性的影响。结果表明,在流道间隙为1.0 mm和1.8 mm的情况下,烟囱对自然对流换热特性的影响不明显。在间隙为2.5 mm时,烟囱的存在削弱了自然对流换热。同时所有实验数据可以按照有无烟囱的情况分别用统一的实验关联式进行拟合。     

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。     

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     

自然循环加热段内摩擦阻力及对流传热的实验研究

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摩擦阻力及对流传热特性进行了实验研究.结果表明,自然循环工况下加热段内由浮升力引起的自由流动对摩擦阻力及对流传热特性有重要影响,自然循环与强制循环二种工况下加热段内的摩阻系数及对流换热系数存在明显差别;并且,自然循环工况下加热段内的摩擦阻力存在滞后现象.通过实验提出了计算自然循环工况下加热段内单相水的摩阻系数及对流换热系数的经验关系式.     

自然对流对横纹管内湍流对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下横纹管内的流动传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,横纹管内下侧Nu数大于上侧Nu数,随着Re数的增加,管内下侧Nu数与上侧Nu数的差值逐渐减小。考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数与不考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数基本相等。强制对流的Re数越低,自然对流对横纹管单侧传热影响越明显。横纹管槽宽越小,槽深越深,自然对流对单侧传热影响相对越小。通过非线性拟合,分别得出横纹管内下侧传热Nudown/Nuave-b、上侧传热Nuup/Nuave-b与浮升力参数Bo的关联式。     

竖直恒温面自然对流边界层不稳定性研究

在无扰动、随机式扰动以及正弦式扰动下,通过对竖直恒温面处状态Ra为1.328×10^9、Pr为6.24的自然对流进行模拟,探索了热边界层的不稳定性和共振强化自然对流换热。结果表明:(1)竖直自然对流边界层上游位置的随机式扰动对热边界层的影响主要体现在稳定阶段;(2)该状态下的竖直自然对流边界层的特征频率为15 067,且相比于无扰动状态,频率为15 067的正弦式扰动能在竖直恒温面处提高5.15%的换热量;(3)在竖直自然对流边界层上游位置加入特征频率的正弦式扰动,竖直恒温面处的局部努塞尔数Nu均出现明显波动,且波动随着边界层高度的增加而增大。     

局部内热源和外部加热同时作用时部分开口空腔内自然对流的数值研究

具有内热源的空腔内的自然对流广泛地存在于核反应堆设计,建筑物火灾及电子器件冷却等领域,近年来已受到研究者的重视。文献[1,2]对均匀分布内热源和外部加热引起的封闭空腔内的自然对流进行了数值分析与试验。作者曾对局部内热源和外部加热同时作用引起的封闭空腔内的层流自然对流进行了系统的研究,并对单独由外部加热时部分开口空腔内的自然对流进行了数值计算。 本文则首次研究单个局部内热源和外部     

Simulation of natural convection under high magnetic field by means of the thermal lattice Boltzmann method

The thermal lattice Boltzmann method (TLBM), which was proposed by J. G. M. Eggels and J. A. Somers previously, has been improved in this paper. The improved method has introduced a new equilibrium solution for the temperature distribution function on the assumption that flow is incompressible, and it can correct the effect of compressibility on the macroscopic temperature computed. Compared to the previous method, where the half-way bounce back boundary condition was used for non-slip velocity and temperature, a non-equilibrium extrapolation scheme has been adopted for both velocity and temperature boundary conditions in this paper. Its second-order accuracy coincides with the ensemble accuracy of lattice Boltzmann method. In order to validate the improved thermal scheme, the natural convection of air in a square cavity is simulated by using this method. The results obtained in the simulation agree very well with the data of other numerical methods and benchmark data. It is indicated that the improved TLBM is also successful for the simulations of non-isothermal flows. Moreover, this thermal scheme can be applied to simulate the natural convection in a non-uniform high magnetic field. The simulation has been completed in a square cavity filled with the aqueous solutions of KCl (11wt%), which is considered as a diamagnetic fluid with electrically low-conducting, with Grashof number Gr=4.64× 10^4 and Prandtl number Pr=7.0. And three cases, with different cavity locations in the magnetic field, have been studied. In the presence of a high magnetic field, the natural convection is quenched by the body forces exerted on the electrically low-conducting fluids, such as the magnetization force and the Lorentz force. From the results obtained, it can be seen that the quenching efficiencies decrease with the variation of location from left, symmetrical line, to the right. These phenomena originate from the different distributions of the magnetic field strengths in the zones of the symmetrical central line of the magnetic fields. The results are also compared with those without a magnetic field. Finally, we can conclude that the improved TLBM will enable effective simulation of the natural convection under a high magnetic field.     

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.     

水平圆管通道内热磁对流的实验研究

由于温度分布不均匀而导致磁场中的磁性流体受到非平衡的磁场力作用,而发生流动的现象,称为热磁对流。它是一种由体积力驱动的类似自然对流的流动,可以通过设计合适的磁场来控制热磁对流的强度和方向。本文对水平圆管通道内热磁对流进行了实验研究,测量了通道内及壁面的温度分布,并通过两种不同的方法根据实验测得的温度分布估算了热磁对流的流量和速度的大小。     

双颗粒在溶解条件下沉降的多相流动特性

对牛顿流体内溶解双颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 流体运动由守恒方程计算, 密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响, 通过积分粘性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动, 溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定. 通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合. 对双颗粒在等温流体无溶解条件和非等温流体溶解条件下的沉降过程进行了计算. 结果表明, 在一定雷诺数内, 热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒质量、颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动, 并使颗粒沉降速度发生了变化.     

方腔内Cu/Al2O3水混合纳米流体自然对流的格子Boltzmann模拟

纳米流体作为一种较高的导热介质, 广泛应用于各个传热领域. 鉴于纳米颗粒导热系数和成本之间的矛盾, 本文提出了一种混合纳米流体. 为了研究混合纳米流体颗粒间相互作用机理和自然对流换热特性, 在考虑颗粒间相互作用力的基础上, 利用多尺度技术推导了纳米流体流场和温度场的格子Boltzmann方程, 通过耦合流动和温度场的演化方程, 建立了Cu/Al₂O₃水混合纳米流体的格子Boltzmann模型, 研究了混合纳米流体颗粒间的相互作用机理和纳米颗粒在腔体内的分布. 发现在颗粒间相互作用力中, 布朗力远远大于其他作用力, 温差驱动力和布朗力对纳米颗粒的分布影响最大. 分析了纳米颗粒组分、瑞利数对自然对流换热的影响, 对比了混合纳米流体(Cu/Al₂O₃-水)与单一金属颗粒纳米流体(Al₂O₃-水)的自然对流换热特性, 发现混合纳米流体具有更强的换热特性.     

偏心环形腔内冷水稳态自然对流的数值模拟

为了了解偏心环形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,本文利用有限容积法对垂直偏心环形腔内的冷水自然对流进行了二维数值模拟,得到了半径比为1.5时不同密度倒置参数、偏心率和Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的平均Nusselt数进行了比较和分析。结果表明:密度倒置参数对流型结构起着决定性的作用,偏心率和Rayleigh数对流场影响较小;相同条件下,当密度倒置参数在0.5附近时,平均Nusselt数最小。     

溶解与热对流对固体颗粒运动影响的直接数值模拟

对牛顿流体内溶解与热对流对单颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟.流体运动由守恒方程计算,密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响,通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定.通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合.分别模拟了颗粒在等温流体、热流体、冷流体及颗粒溶解四种情况下的沉降过程.结果表明,在一定雷诺数内,热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动,并使颗粒沉降速度发生了变化. 关键词： 溶解 热对流 颗粒两相流 直接数值模拟     

THE NATURE OF NATURAL CONVECTION IN BINARY GASES DUE TO HORIZONTAL TEMPERATURE AND VERTICAL CONCENTRATION GRADIENTS

Abstract

Results are presented that illustrate the effect of augmenting or opposing thermal and solutal body forces on the flow, temperature and concentration distributions. For augmenting buoyancy forces, the flow field is very similar to that for a single-component fluid. Multicellular flow patterns are observed for opposing buoyancy forces that depend on the buoyancy parameter. The solutal buoyancy force does not dominate the flow field for all values of opposing body forces, because the solutal gradient is vertical. The concentration gradient affects the natural convection through both the additional buoyancy force and the thermophysical properties of the gas mixture.