顶部送风方腔内混合对流换热的数值研究

采用非稳态数学模型对具有对称和非对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流流场与温度场进行了数值求解.数值计算中控制参数Ra取为固定值106,Re在1 000~3 000范围内变化.数值结果显示,随Re的增大,具有对称结构问题的数值解会分别出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解;而对于非对称结构问题,数值解的最大网格Pe虽然大于对称结构问题的最大网格Pe,数值解是定常的,并未发生解的振荡.因此,判明具有对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流问题数值解的振荡是客观存在的物理振荡,而非数值方法不稳定所引起的数值振荡.     

内置发热圆的方腔内双扩散混合对流数值模拟研究

利用计算流体动力学CFD技术,对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流情况进行了数值模拟.发热圆位于方腔中心,其表面高温高浓度,方腔各壁面绝热,低温低浓度流体从方腔左侧底部流进,从右侧顶部流出.分析了理查德数Ri,路易斯数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响,给出了流线、等浓度线以及等温线的分布情况,得出平均努赛尔数Nuav和平均舍伍德数Shav随着Ri,Le及Br的变化规律.     

受限方腔内绕流两圆管强制对流换热的数值研究

针对热电冷综合利用系统中的集热箱,抽象出一个受限方腔内两圆管的强制对流换热问题并进行了数值研究.分别对不同雷诺数Re以及不同管间距s的情况进行数值模拟.结果表明,Re较小时流体流动与换热随时间变化,最后趋于一个稳定的对称状态;当Re增加至一定值后,流体流动与换热随时间变化,处于非对称状态.随着Re的增加,流动出现振荡,流体与圆管壁面换热不断增强,计算得到的解从定态解发展为周期性振荡解、多倍周期振荡解,最终发展为混沌.对于不同管间距s,当Re≤150时,管子间距的不同对受限腔内的换热影响不是很大;当200≤Re300时,管间距s对于流动与换热有较大的影响;但当Re≥300之后,管间距s对换热影响较小.     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

方腔内竖直板振荡的自然对流换热数值研究

以空调工程热环境控制和冷冻冷藏设备为应用背景,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:在所考虑的Ra参数范围内,数值解出现了分岔,流动和换热随Ra的增大从稳态转变为非稳态;在Ra为104时采用2种不同的初始条件得到了相同的稳态解;当Ra为5×104时,采用2种不同的初始条件获得了2种不同的解,其中一个是稳态解,另一个是振荡解.数值结果揭示了所研究问题中的非线性特点.     

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟

为研究封闭方腔内饱和多孔介质自然对流传热,采用控制体积法,运用多孔介质局部热平衡假设,整体求解方腔内的温度场和流场,根据计算结果着重分析瑞利数Ra和达西数Da对多孔介质方腔内自然对流换热特性的影响.计算结果表明:当Ra取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Da数的增加而增大;当Da数取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Ra的增加而增大;随着达西数Da数的增加,临界瑞利数Ra逐渐减小.     

入口射流角度对通风方腔内流动的影响

用数值方法探讨了入口射流角度对顶部对称送风方式的方腔内流动的影响.计算的物理模型为固定宽高比为1,进风角度θ分别取20°,45°,70°,90°,110°,135°及160°.计算结果表明,不同的射流角度对通风方腔内流动的影响是明显的.随进风角度的变化,在不同的控制参数下,方程的解呈现多样的、不稳定的非线性特征,可归结为定常解(稳态解)、周期性振荡解、非周期性振荡解.在选定的计算参数下,当进风角度的变化范围在20°≤θ≤160°时,考虑纯强制对流,θ为135°的流场最先失稳振荡;考虑自然对流的作用,θ为70°的流场最易失稳振荡.     

矩形腔内冷水稳态自然对流换热的二维数值模拟

为了了解矩形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,利用有限容积法对矩形腔内的冷水自然对流进行了一系列数值模拟,得到了不同宽深比、Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的壁面传热特性进行了比较与分析。计算结果表明:随着宽深比的增大,流动逐渐增强,流胞数逐渐增多,壁面平均Nusselt数逐渐增大,并趋于某一定值;随着Rayleigh数的增加,换热能力也会增强,而且流动结构的转变会在更小的宽深比下发生。采用逐步线性回归方法,得到了关于热壁平均Nusselt数的传热关联式。     

竖环形夹层内自然对流换热的实验研究和数值计算

作者对两端封闭且绝热、外管表面为等温边界条件、内管表面为不同热边界条件下的竖环形夹层内的自然对流换热进行了数值计算和部分实验研究。在实验模型中,加热管内表面维持为等热流边界条件。文中对四种加热管的边界条件进行了数值计算,给出了实验研究与数值计算的结果,分析了不同边界条件对于换热及加热管壁面温度分布的影响。在耦合问题的数值计算中,采用了双块修正技术,保证了迭代计算的收敛性。数值计算的结果同前人的研究和本文的实验结果的符合程度是令人满意的。     

封闭腔内层流自然对流换热过渡层数值研究

对正方形空腔内的层流自然对流换热进行了数值模拟 ,用SIMPLE算法和乘方格式对该问题 (Ra =1× 10 3～ 1× 10 6)进行了详细的数值计算 .根据计算结果 ,在前人工作的基础上总结出封闭腔内层流自然对流换热的变化规律 ,提出了导热占主导地位的层流流动和导热与对流共时作用的层流流动的分界点 ,同时得出了两个区域的平均努塞尔数的计算公式 ,通过比较 ,表明其精度较以前的计算公式要高 .     

用lattice Boltzmann方法模拟矩形竖腔内混合对流

用lattice Boltzmann方法(LBM)模拟了纵横比(高度与宽度之比)大于1的矩形竖腔内同时存在自然对流和强制对流的混合流动时流场与温度场分布.比较了不同雷诺数(Re)、瑞利数(Ra)下矩形腔的流场分布在不同纵横比时的特点,研究了这些参数值对混合对流换热的影响,提出混合对流存在时Re和Ra对流动和换热的影响可由Richardson数(Ri)综合反映,并得到在不同纵横比时平均Nusselt数(Nu)随Ra和Re的变化关系式.与常用的LBGK模型不同,用了LB力矩模型.     

太阳能腔式吸热器自然对流热损的数值研究

腔式吸热器是碟式太阳能热发电系统的一个重要组成部分,它的性能优劣直接影响到整个发电系统的效率。重点分析了腔式吸热器的自然对流热损,建立了6种典型腔式吸热器的二维模型,选用FLUENT6.3计算了在开口直径为10cm,壁温为400℃,倾角α=0°条件下的6种腔式吸热器的内部自然对流热损失。计算和比较发现,球形吸热器的内部对流热损比其他5种吸热器平均低10%。通过计算球形吸热器在不同Aw/Al(内表面积/开口面积)和不同倾角下的对流热损大小,发现球形吸热器的对流热损随倾角的增大而显著减小,在α=0°(开口朝侧面)时最大,α=90°(开口垂直向下)时最小;计算得到球形吸热器的最佳Aw/Al值为8～10。     

不同冷热壁面对方腔内对流换热影响的格子Boltzmann模拟

基于格子Boltzmann方法，选取多弛豫时间(MRT)模型对具有局部冷热壁面立体方腔中的三维自然对流换热进行模拟研究。分别采用三维D3Q19模型描述速度场，D3Q7模型描述温度场，研究不同瑞利数Ra（10³≤Ra≤10⁵）和局部冷热壁面位置变化对三维方腔内自然对流的影响。结果表明：冷热壁面的布置方式对流动换热有显著影响，且瑞利数Ra越大，其影响效果越明显。其中，冷热壁面均处于中间位置（工况5）的自然对流换热能力最强，并且随着Ra逐渐增大，自然对流能力增强，流线逐渐复杂。在相同工况条件下，随着Ra增大，平均努塞尔数Nu_av也逐渐增加，换热能力增强。在相同Ra条件下， 工况5的Nu_av最大，表明其自然对流换热能力最强。     

方腔内不同位置块状食品层流冷却数值研究

为了考察冷却器内不同位置食品的冷却行为,利用Ansys有限元软件的CFD模块对单侧冷却的方腔进行非稳态共轭传热分析,给出了冷壁面和食品表面的对流换热系数(h);结果表明,食品的放置位置不同,由于腔体内空气流动和对流换热的差异,会导致冷却过程中冷壁面h变化趋势有所不同,食品表面的h在冷却刚开始时变化强烈,且沿着表面呈"M"型变化,在食品拐角处会出现h的突变,除置于方腔上方的食品冷却速率较慢外,其余几种的冷却速率相差不大。     

基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

物性参数对封闭腔体自然对流数值模拟的影响

采用两种不同的物性参数处理方法对不同温差下的封闭方腔内自然对流进行数值计算,研究瑞利数Ra从103～106之间时,封闭方腔内空气的流动换热规律,将所得到的数值模拟结果与研究文献做了对比分析,验证了其方法的准确性,同时对比分析了利用多项式考虑气体物性参数随温度变化情况下的数值模拟结果.计算结果表明,在所计算的问题中,小温差下把热物性参数设置为常数可以一定程度上减小计算量,加快计算收敛速度,但在大温差下,物性参数设置为常数计算将造成计算结果相对误差较大.     

圆柱容器内Rayleigh—Benard湍流对流的数值模拟

采用差分方法求解基于Boussinesq假设下三维不可压缩Navier-Stokes方程，直接数值模拟了底部加热、顶部冷却的竖直圆柱容器内Rayleigh-Benard湍流对流问题，探讨了不同形参比下流场中大尺度环流结构、轴对称环状涡结构的变化规律，分析了形参比对于平均流场和湍流脉动统计量以及表征传热特性的Nusselt数的影响．