方腔内双扩散混合对流振荡特性研究

本文利用计算流体力学CFD技术,对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流的振荡特性进行了数值模拟研究。发热圆为高温高浓度且位于方腔中心,低温低浓度的流体从方腔左侧底部流进,右侧顶部流出。在不同的理查德数Ri(0.001≤Ri≤1.0)和发热圆直径和方腔边长的比值S(0.2≤S≤0.6)下,利用时间历程和相空间轨迹法来量化分析方腔内部的振荡特性。研究结果表明:当Ri=0.001时,在S=0.6的情况下,方腔内双扩散混合对流呈现出周期性振荡状态;在S=0.2和0.4的情况下,方腔内双扩散混合对流呈现出非周期性振荡状态。而当Ri≥0.005时,无论S为多大,方腔内双扩散混合对流均呈现出稳定流动状态。     

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.     

考虑Soret和Dufour效应的方腔内双扩散自然对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,考虑Soret和Dufour效应,对内置高浓度发热圆的方腔内部双扩散自然对流现象进行数值模拟.高浓度发热圆位于方腔中心,四周壁面均为低温低浓度.在该模型中,用三个独立的LBGK方程分别模拟速度场、温度场和浓度场,并通过Boussinesq近似将它们耦合起来.分析Soret数和Dufour数对方腔内部双扩散自然对流的影响,得到流线图、等温线图、等浓度线图、发热圆表面平均Nusselt数和平均Sherwood数.结果表明：Soret和Dufour效应对方腔内双扩散自然对流影响明显,不能忽略.     

三维方腔温盐双扩散的格子Boltzmann方法数值模拟

研究了温盐双扩散系统的多组分格子Boltzmann方法.通过对二维方腔的温盐双扩散系统的数值模拟，检验了方法的可行性及有效性，所得到的结果与差分法结果符合良好，继而将此方法推广到三维，建立了三维温盐双扩散系统的格子Boltzmann方法，对三维方腔双扩散问题进行了模拟和分析，并与差分法模拟的结果进行了比较，结果令人满意.最后，分析了格子Boltzmann方法在模拟双扩散对流问题时存在的局限性. 关键词： 格子Boltzmann方法 温盐双扩散 Boussinesq近似 数值模拟     

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.     

双扩散自然对流的格子Boltzmann模拟

建立了一个模拟双扩散自然对流系统的格子Boltzmann模型,用此模型对受温度和浓度梯度驱动的方腔流动进行了模拟,研究了浓度Rayleigh数对传热传质的影响,并与其它文献的结果进行了比较.     

方腔内竖直板自然对流分岔现象的数值研究

采用非稳态数学模型通过数值模拟研究了具有对称结构的封闭方腔内竖直板自然对流换热中的非线性现象。数值结果表明,Ra在4×104-7×104之间,会出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解,即解存在分岔;初始条件与解的分岔相关;网格Pe数的考核表明,本文所考虑的解的振荡不是由于数值解的不稳定而引起的振荡,而是客观存在的物理振荡。     

复合方腔顶盖驱动双扩散混合对流格子Boltzmann模拟

为本文基于热质耦合的Lattice Bhatnagar-Gross-Krook(CLBGK)模型,通过引入浓度分布函数,利用格子Boltzmann方法对顶盖驱动的复合方腔内的双扩散混合对流现象进行了研究,复合方腔由多孔介质区域和自由空间组成。分析了路易斯数Le=2.0,浮升力比N=1.0,格拉晓夫数Gr=10~4和普朗特数Pr=0.7时,孔隙率(ε=0.6/0.7/0.8)、方腔中多孔介质层位置及理查德森数Ri(10~(-3)≤Ri≤10~3)对内部混合对流及热质扩散的影响。给出了方腔内温度、浓度和流线分布,以及高温高浓度壁面的平均努塞尔数Nu_(av)和平均舍伍德数Sh_(av)。研究结果表明:多孔介质层对顶盖驱动方腔内热质双扩散影响显著,且方腔左壁壁面平均努塞尔数Nu_(av)与平均舍伍德数Sh_(av),在位置D_1~D_3之间随多孔介质层的右移而增大,在位置D_3上随Ri(10~(-3)≤Ri≤10~3)的增大而减小。     

活性炭吸附甲醛的格子Boltzmann模拟

基于孔隙尺度,结合活性炭与甲醛的真实物性参数,利用格子Boltzmann方法,选取热质耦合的LBGK模型对填充有球形活性炭的方腔内部双扩散混合对流、流固共轭传热及吸附特性进行数值模拟.分别采用二维D2Q9模型描述速度温度场,D2Q5模型描述浓度场,研究活性炭颗粒直径、孔隙率以及颗粒的排列方式对整个动态吸附性能的影响.结...     

多离散源驱动的双扩散自然对流传输结构

本文通过"矢量线,,可视化方法,解析了一个方腔内由双离散热源和污染源驱动的双扩散自然对流系统的传输结构.发现在不同浮升力比下,该系统存在着三种明显不同的宏观传输结构,即由热浮升力主导的传输结构,由热质浮升力共同支配的传输结构以及由质浮升力主导的传输结构.     

多孔介质方腔内混合对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,对多孔介质方腔内的混合对流现象进行研究.方腔内部中心有一发热圆,径宽比D/L=0.4,冷流体从方腔左下角入口流进,从方腔左上角出口流出,四周壁面绝热.在普朗特数Pr=0.71和格拉晓夫数Gr=1.4×10⁴时,分析理查德森数Ri和达西数Da对发热圆表面平均努赛尔数Nu的影响.结果表明：Ri数位于10^-3~10范围内,Nu随Ri的增大而减小.Da越大,Ri对Nu的影响越显著;Da数位于10^-5~10^-2范围内,强制对流占主导的情况下（Ri≤0.1）,Nu随着多孔介质的Da的增大而增大.自然对流占主导的情况下（Ri=10）,Nu对Da的变化不敏感.     

倾斜多孔腔体内瞬态自然对流的实验研究

本文对充满水和玻璃球的倾斜多孔介质腔体,在其一侧壁温维持恒定值、而相对侧壁温以此恒定值为时均值并按一定的幅值随时间周期性变化的情况下,实验研究了周期性壁温变化和腔体倾角对多孔介质腔体内的瞬态自然对流换热的影响.结果表明,通过多孔介质腔体的净热流总是从腔体的较低壁面指向较高壁面.     

竖壁传热对方腔内Benard对流的影响

本文采用具有QUICK差分格式的SIMPLE算法对边界竖壁传热的方腔内空气Benard对流进行了数值计算,根据计算结果探讨了竖壁传热对Benard对流的影响.计算表明,在所考虑的几何和物理条件下,所有竖壁绝热时,腔内流体形成平行与短轴的多个涡卷;竖壁存在传热时,腔内流体形成平行于长轴的两个涡卷,并且平行于长轴竖壁的传热热流方向相反时,涡卷的旋转方向也相反;垂直于长轴蛏壁的传热对近壁附近的流动有一定影响.     

管壁导热对脉管内自然对流换热影响的研究

本文计算了不同脉管倾角和管壁材料下脉管管壁导热对自然对流换热的影响。发现脉管壁面导热对换热的影响不仅体现在增加了壁面的纯导热部分,更主要的上强化了脉管内的自然对流;壁面和内部气体的温度差异沿脉符轴向的变化是管壁导热强化自然对流的主要原因。     

热质双扩散与流固共轭传热及吸附的LBM模拟

采用格子Boltzmann方法,基于孔隙尺度,对填有均匀介质的复合方腔顶盖驱动双扩散混合对流及流固共轭传热、吸附进行数值模拟.在孔隙率ε=0.79,普朗特数Pr=0.7,格拉晓夫数Gr=10⁴和路易斯数Le=1.0时,就不同浮升力比（-100≤Br≤100）和吸附率常数（0.001≤k₁≤0.005）对方腔内部热质传输的影响进行比较.给出流线、等温线、等浓度线、平均努赛尔数Nu_av、舍伍德数Sh_av和吸附量等.结果表明Br通过改变介质所处流场的浓度分布影响吸附,而k₁的增加显著地提高吸附效率和吸附能力.     

Natural Convection from a Corrugated Heated Surface at the Bottom of Vented Rectangular Enclosure

Natural convection heat transfer characteristics enclosures from a tilted rectangular enclosure heated at the corrugated bottom wall and vented by uniform slots opening at the top wall are experimentally investigated. The experiments were carried out to study the effects of the angle of opening of the corrugated surface, opening ratio, enclosure's tilt angle, and Rayleigh number on the passive cooling of the enclosure. The experiments were carried out at Rayleigh numbers ranging from 2 × 10⁸ to 1.52 × 10⁹ for enclosure tilt angles ranging from 0° to 90° and angle of opening of corrugated surface ranging from 0° to 25°. The top venting arrangement was studied at different opening ratios of 1, 0.75, 0.5, and 0.25. The results gave an optimum angle of opening of the corrugated surface at which Nusselt number is maximum.     

三维方腔内竖直平板混合对流换热的数值研究

本文建立了三维方腔内竖直板混合对流换热的数学模型,探讨Re数,进风口位置、竖直板位置对混合对流换热的影响.结果表明:随Re数增加,竖直板下部的平均Nu2下降,而总体平均Nu1增加.随送风口高度增加,竖直板对流换热量增加.在竖直板位置L1/H=0.5～1.5的范围内,竖直板处于中间位置L1/H=1.0时,竖直板混合对流换...     

多组元化合物晶体生长过程中的双扩散对流现象

针对多组元化合物晶体的Bridgman生长过程,通过对液相区流场和浓度场的数值模拟,研究生长过程中容器内部双扩散对流与组分分布的情况.首先对比了三段场和梯度场炉壁温度设计情况下液相区的流体双扩散对流以及组分分布情况.在此基础上,针对梯度场炉壁温度条件,分析了不同参数的影响.结果表明:在溶质格拉晓夫数较大时,它的增大能够明显地削弱液相区的流体流动,从而使得界面附近的组分分布也产生变化;此外,拉晶速度的增大也能够使得液相区的双扩散对流受到抑制.