内置发热体的倾斜开口腔内自然对流数值模拟

本文对具有一个内置发热体的二维倾斜开口方腔自然对流问题进行了数值模拟.计算参数取值为: Prandtl数0.7,Rayleigh数范围从103～108,倾斜角度从0°～90°数值结果表明,流动形式根据开口界面底部流体的流向分为两种流动形式.平均Nusselt数为Rayleigh数的增函数,增幅亦随Rayleigh数的增加而增加.当Ra<106时,平均Nusselt数受到ψ的影响较小,当Ra≥106时,平均Nusselt数取得最大值的ψ为45°.     

倾斜多孔介质方腔内纳米流体自然对流的格子Boltzmann方法模拟

利用格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM) 对倾斜多孔介质方腔内 Al₂O₃-H₂O 纳米流体的自然对流进行数值模拟, 考虑了孔隙率 (0.3 ≤?≤ 0.9)、瑞利数 (10³ ≤ Ra ≤ 10⁶)、纳米颗粒体积分数(0 ≤ ? ≤ 0.04) 和倾斜角 (0°≤γ≤ 120°) 等因素的影响, 研究了正弦温度分布边界条件下倾斜多孔介质方腔内纳米流体的自然对流传热机理. 结果表明: 若?和γ保持不变时, 随着 Ra 数的增大, 热壁面处的平均努塞尔数 (Nu_ave 数) 呈现出先减小后增大的趋势; 对于给定的 Ra 数, 当γ = 0°时, 随着孔隙率的增大, 热壁面处Nu_ave 数逐渐增大, 当γ = 40°, 80°和 120°时, Nuave 数在?= 0.7 左右时达到最大值; 若?和 Ra 数保持不变, 当γ = 40°时, 方腔内的自然对流换热效率最强, 当γ = 80°时热壁...     

弱Soret效应混合流体对流系统的分岔与非线性演化

混合流体Rayleigh-Benard(RB)对流是研究非平衡耗散系统的自组织斑图及非线性动力学特性的典型模型.本文利用高精度数值方法模拟了底部均匀加热的矩形腔体中混合流体RB对流,研究了具有极微弱Soret效应(分离比φ=-0.02)的混合流体对流的分岔特性及斑图的形成和演化,给出了分岔曲线图.获得了行波交替闪动的Blinking状态、局部行波对流和定常对流(SOC)三种稳定状态,讨论了状态之间的过渡.研究发现从Blinking状态到局部行波对流状态的过渡存在迟滞现象,过渡时行波频率、对流振幅和对流传热Nusselt数等均有明显的跳跃.在Blinking状态存在的Rayleigh数区间下界附近,外部施加的不对称初始扰动是形成该状态的诱因.随着Rayleigh数增大,临界SOC状态经过多次分岔并形成多个具有不同波数的SOC状态后过渡为混沌状态.     

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。     

基于LBM的部分热活跃边界下多孔腔体内自然对流换热

采用Boltzmann方法模拟部分热活跃边界下的多孔腔体内自然对流,探讨不同热边界布置方案、孔隙度、Da数及Ra数对其流动传热的影响.数值计算表明：Da=10^-4时,腔体内中央出现一个循环流模式,只在Ra数很大时孔隙度才对传热有影响; Da=10^-2时,腔体内出现两个循环流,在Ra数很小时孔隙度对传热产生强烈的的影响.热活跃边界位置影响腔体内流体对流传热的强度,加热边界布置在底部、而冷却边界布置在顶部（Bottom-Top布置方式）,对多孔腔体内对流传热最有利,优于全热边界布置方式的传热效果.     

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.     

倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响

对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T₀,左壁面(X=0)基于温度T₀按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.     

滑移边界对二维Rayleigh-Bénard热对流流态和传热特性的影响

采用并行直接数值模拟（PDM-DNS）计算无滑移和滑移边界二维Rayleigh-Bénard热对流.与无滑移边界形成的随机羽流运动的湍流热对流不同,滑移边界热对流最终形成湍流特征消失,且温度仅分布于四壁的一个大尺度环流的流动形态.平均场近底板的温度分布特性,无滑移边界逐渐变化而滑移边界出现过冲现象.宽高比Γ=1时,Nusselt数（Nu）随Rayleigh数（Ra）的变化具有相同标度指数,Nu~Ra^0.3.滑移边界热对流具有传热增强作用.滑移边界热对流Nu随Γ变化明显,并分为两个阶段,在Γ=0.5时出现Nu_max≈250,是无滑移边界热流Nu的5倍.     

复杂多孔介质腔体内自然对流换热的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLEC算法,数值研究复杂多孔介质腔体内的自然对流换热问题.腔体的曲面温度分别保持恒定,上下表面绝热.在曲线坐标系中用有限容积法离散方程,并采用Brinkman扩展达西模型及局部非热平衡模型求解,综合研究Rayleigh数,Darcy数、孔隙率等参数对腔体内自然对流换热的影响.计算结果表明:Rayleigh数和Darcy数的影响最大而孔隙率的影响很小,同时存在使得腔体内换热达到最强的最佳纵横比.     

MAC类方法计算方腔内自然对流

本文总结了用MAC类方法计算二维方腔内自然对流传热的经验.改进了MAC方法的边界处理并提高其精度。用Leapfrog Dufoft-Frankel格式代替MAC方法中的FTCS格式,来放宽稳定性限制。给出高Raylei吵数10⁶的数值管果和比较。讨论了初始温度分布对不定常过程的影响,不定常过程的流动特性符合理论结论。最后还讨论了流出边界处理。     

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.     

基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比

为了对比研究弱可压光滑粒子动力学(WCSPH)方法和不可压光滑粒子动 力学(ISPH)方法在模拟封闭方腔自然对流问题时的特性, 采用粒子位移技术有效地解决了高瑞利数条件下, 拉格朗日型SPH方法模拟封闭方腔自然对流时流体域内的粒子聚集和空穴问题, 将拉格朗日型SPH 方法求解封闭方腔自然对流问题的最高瑞利数提高到了10⁶; 进而通过对比瑞利数分别为10⁴, 10⁵, 10⁶的条件下, 采用拉格朗日型WCSPH、 拉格朗日型ISPH、欧拉型ISPH三种SPH方法模拟得到的封闭方腔速度分布云图、 温度分布云图、壁面努赛尔特数分布曲线和平均努塞尔特数, 分析了三种SPH方法在模拟封闭方腔自然对流时的精度、稳定性和计算效率. 结果表明: 在低瑞利数条件下, 以上三种SPH方法都可以较好地模拟此问题, 在高瑞利数条件下, 欧拉型ISPH方法的模拟结果最为精确; 拉格朗日型WCSPH方法模拟所得结果比拉格朗日型ISPH方法模拟所得结果稍好些. 关键词： 光滑粒子动力学 不可压光滑粒子动力学 粒子位移技术 自然对流     

壁温周期性变化条件下倾斜腔内瞬态自然对流的实验研究

本文设计和搭建了腔体壁温随时间作周期性变化条件下瞬态自然对流换热实验台,对充满水的倾斜腔体,在其一侧壁温维持恒定值、而相对侧壁面温度以此恒定值为时均值并按一定的幅值随时间变化的情况下,实验研究了周期性壁温变化和腔体倾角对腔体内的瞬态自然对流换热规律的影响。实验结果表明通过腔体的净热流总是从腔体的较低壁面指向较高壁面。     

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.     

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.     

平行风风速对腔体复合热损失特性影响的数值模拟

在恒热流边界条件和不同平行风风速下,考虑通过保温层和腔体壁面的导热热损失,采用三维数值模拟方法对一侧全开的圆柱形腔体复合对流和辐射热损失特性进行研究。结果表明:平行风下,腔体内的温度分布和开口面速度分布都与无风时存在很大差异;随着风速的增大,对流热损失平均努塞尔数Nu_c单调递增,而辐射热损失平均努塞尔数Nu_r并不单调递减,且风速越大,变化越不明显;随着腔体倾角的增大,同一风速下Nu_c和Nu_r并不像无风时那样单调变化。     

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.     

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.     

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.     

磁流体流动与传热的格子Boltzmann模拟

考虑外加磁场下磁流体中纳米磁性粒子所受的各种作用力,建立了用于模拟磁流体流动与传热特性的两相格子Boltzmann模型,模拟了外加不同方向梯度磁场下平板间磁流体的流动与传热过程,计算了磁流体与平板间对流换热的Nusselt数,分析了磁场梯度方向、大小对Nusselt数的影响．