航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。     

几何因子对波纹通道内稳态流动与换热的影响

采用曲线坐标系下压力与速度耦合SIMPLER算法,数值研究了一种波纹通道内周期性充分发展的稳态层流流动与换热情况,流动Re数的范围为20～500,Pr数为0.7.计算考察了不同Re数、纵宽比γ及纵横比∮对换热与阻力的影响.计算结果表明,Re数、纵宽比γ及纵横比∮较小时流体不出现任何回流;整体Nu数及fRe数随着Re数,纵宽比γ及纵横比∮的增加而增加,换热增强,但同时流动阻力增加.其计算结果可为波纹通道的设计提供参考依据.     

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.     

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.     

封闭腔内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟

采用F luen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化自然对流换热进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对换热性能的影响,并解释其换热机理。研究结果表明:在水基液中加入Cu纳米粒子可以显著提高基液的自然对流换热特性。对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,纳米流体的速度组成部分增加,纳米流体质量分数越大,x方向和y方向的速度峰越大,因此加速了流体中能量传输。另一方面,随着Gr数的增加,流线图中旋涡逐渐变大,流线间强度增加,说明换热效果逐渐增强。当Gr数较小时,传热主要是由热壁和冷壁之间的热传导引起的,随着Gr数的增大,换热逐渐变为由对流换热占主导地位。     

方腔内竖直板混合对流换热的数值模拟

对方腔内竖直板的层流混合对流换热进行了数值模拟.结果表明,竖直板处于水平方向两个不同位置时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.送风口高度比取0.667、0.767时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.当送风口高度比为0.167～0.467、0.767～0.867区间内,流动与换热得到定常解.在送风口高度比大于0.467小于0.767范围内,流动与换热为非定常解.     

垂直矩形通道内混合对流的实验研究

通过实验研究了内置均匀加热板的垂直矩形通道入口段混合对流换热的温度场和阻力特性。实验分别针对同向流动和反向流动两种情况进行了研究,其中Re=329-5565,Gr=9．7×105-7．7×106。通过实验得到了矩形通道内混和对流换热的总体平均Nusselt数和压力损失的变化规律。实验表明固体壁面的导热对总体换热具有非常重要的作用。平均Nusselt数随Re的增加而增加; Re<1000时反向流动的Nusselt数大于同向流动时Nusselt数,Re>1800时二者相差很小。压力损失与Re近似为乘幂关系,且随热流密度变化很小。     

低雷诺数下矩形竖腔内混合对流的格子Boltzmann方法模拟

文中采用格子Boltzmann力矩模型模拟了不同纵横比(A)、瑞利数(Ra)、雷诺数(Re)下两维矩形腔内的混合流动,得到不同条件下矩形腔内的流线和等温线图,并描述了其特点.模拟结果表明,在低雷诺数下,当强制对流占主导时,换热可看作矩形腔内上部强制对流换热Nucv加权该部分尺寸与下部导热Nucd加权下部导热尺寸的综合作用结果.得到整体换热强度随纵横比变化的经验公式,并给出其适用范围.     

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...     

Natural convection heat transfer at reduced pressures

This paper experimentally studies the natural convection heat transfer characteristics on horizontal and vertical plates at pressures lower than atmospheric value. Eight different pressures ranging from 10Pa to 101.325kPa, and three heating loads were used in the experiments. It is found that natural convection heat transfer characteristics at reduced pressures are independent of the plate arrangements and present different behaviors in two pressure ranges, 10Pa < p < 1000Pa and p > 1000Pa. The experimental heat transfer results are correlated into a non-dimensional equation to help the thermal design of stratosphere aircrafts and airborne equipment.     

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.     

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。     

微重力下环境压力对火焰传播的影响

研究表明,在微重力环境中,当强制对流速度很小时,环境压力的增大会加强氧气的扩散,减弱辐射热损失对火焰的冷却效应,使火焰传播速度增大。但随着强制对流速度的增大,对流成为质量传递的主要途径,化学反应速率受化学反应动力学因素控制,火焰传播速度对压力的变化不敏感。     

黑腔冷冻靶传热与自然对流的数值模拟研究

惯性约束聚变的设计要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层, 靶丸周围的热环境对冰层的质量特别是低阶粗糙度有很大的影响. 本文对自主研发的黑腔冷冻靶实验装置中的热物理问题展开了数值模拟, 重点考察了黑腔冷冻靶的传热和流体力学特性. 通过参数分析得到了自然对流对靶丸温度均匀性产生影响的临界条件. 比较了黑腔不同布置朝向时的流场和温度分布, 结果显示黑腔水平布置时自然对流更加强烈, 造成的靶丸温度不均匀性也更大. 在此基础上, 讨论了消除自然对流影响的可能性, 结果发现仅当黑腔垂直布置时利用黑腔分区方法能够消除对流效应对靶丸温度不均匀性的影响而黑腔水平布置时不能消除. 研究结论对于实验中冷冻靶结构的设计、改进和实验的开展等具有指导意义.     

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.     

竖直圆管中超临界压力CO2对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在竖直加热圆管内的对流换热进行了实验研究,比较了不同流向、不同热流密度等对流动和换热的影响。实验结果表明,管内径为2mm时,在低进口Re条件下,由于浮升力影响导致层流向湍流提前转变, 对流换热增强;与向上流动相比,向下流动更易由层流转变为湍流;向下流动的换热要强于向上流动,表明浮升力对换热有很大影响。对于管内径为0．27 mm的微细圆管,当进口Re高于104时,浮升力的影响可以忽略,对流换热系数的变化完全由物性的变化尤其是cp的变化导致。     

具有蜂窝状结构夹板的空气层复合传热的研究

本研究在考虑了辐射换热的条件下对带六角形蜂窝状结构的竖直空气层的复合传热进行了数值解析蜂窝状芯材的温度是通过对流和辐射之间的热平衡来决定的，因此，在芯材极其薄的情况下，辐射换热将对自然对流产生影响。本文通过对辐射率ε＝０．０３～１．０，Ｐｒ＝０．７，Ｒａ＝１０３～１０５的各种组合条件下的计算，解明了辐射换热对对流换热所产生的影响。     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.