定热流加热管湍流入口段的耦合热流分析

对圆管内物性随温度变化的吸收-各向同性散射介质的湍流入口段,数值研究了定热流加热下辐射与湍流正在发展流耦合换热的稳态热流特征．采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解辐射换热;根据耦合换热温度场,采用等权抽样的蒙特卡罗法计算辐射热流。通过模拟计算,给出了介质内的耦合换热辐射热流与导热热流分布。通过分析介质光学厚度、散射反照率、壁面黑度对热流的影响,得出一些有价值的结论．     

管内高温介质层流入口段中的热辐射作用

数值研究了高温介质密度随温度变化时,管内层流入口段耦合换热中的热辐射作用。采用离散坐标法、控制容积法耦合求解辐射传递方程、能量方程及N-S方程。考察了中等大小光学厚度下,热辐射作用对介质内速度分布、温度分布以及换热的影响。结果表明,即使在不大的光学厚度下,热辐射作用对管内高温介质层流入口段耦合换热的速度场与换热强度都有明显影响。     

管内两层介质入口段扩散混合的耦合换热研究

对圆管内辐射物性不同的两层介质层流入口段,采用SIMPLEC算法与蒙特卡罗法数值模拟了二维稳态流动与扩散混合时的辐射-对流耦合换热。通过计算,分析了介质层几何参数、介质物性与流动参数对组份分布与耦合换热的影响。结果表明,介质组分的扩散混合对耦合换热存在明显的影响区域,且该影响区大于组分的扩散混合区;外层介质的吸收系数、入口截面的相对厚度对耦合换热的影响基本一致;质扩散系数对耦合换热的影响很小,入口雷诺数的增加会抑制质扩散。     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

管内变密度流体流动与换热的充分发展及解析解

本文提出了圆管内变密度流体流动与换热充分发展的概念和相关假设及其推论.在所提出的概念和假设基础上对理想气体在圆管内的流动与换热进行了解析求解,得到了充分发展时的无量纲速度抛物分布及无量纲温度分布.对圆管内密度随温度变化的氩气的流动与换热数值模拟所获得的无量纲速度分布及无量纲温度分布在入口段后与上述解析解非常吻合,从而验证了在本文的计算条件范围内,圆管内变密度流体充分发展流动与换热的概念及其解析解是合理的.     

竖直圆管中超临界压力CO2在低雷诺数下对流换热研究

本文对竖直圆管中超临界压力二氧化碳在低雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验中分析了不同入口温度、热流密度以及流动方向等对超临界CO2流动和换热的影响。实验结果与计算结果的比较表明:在热流密度较小的情况下实验结果与数值计算结果基本吻合;而在热流密度较大的情况下,由于浮升力的影响,流动可能提前从层流转变为湍流,使换热强化。     

竖直细圆管中超临界CO_2对流换热实验研究

本文对超临界二氧化碳在竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究,研究了入口温度、流体流量、热流密度及浮升力等对换热的影响。结果表明,超临界压力条件下流体的进口温度、流量和热流密度对对流换热有很大的影响。当流量比较大而热流密度比较低时,物性的变化相对较弱,计算结果与实验数据基本吻合;而当流量比较小而热流密度比较高时,物性的变化相当剧烈,计算结果与实验数据有很大差异。     

圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性研究

圆管内液态铅铋合金的强制对流换热特性研究对加速器驱动的次临界核能系统的发展具有重要意义。运用大涡模拟方法,对恒热流密度条件下三维圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性进行了数值计算,对比发现模拟结果和实验数据及关联式吻合良好。对比了不同入口速度条件下流场的速度和温度分布、传热Nu数、无量纲时均温度、无量纲均方根温度和湍流涡分布等,进一步分析了不同雷诺数对圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性的影响规律。在恒热流密度条件下,随着Re数的增加,液态铅铋合金的Nu数逐渐增大,圆管不同截面的温差逐渐减小,湍流涡分布增多,提高Re数能够增强液态铅铋合金的传热性能。     

竖直圆管内超临界航空煤油传热特性实验研究

本文对超临界压力下航空煤油在圆管内(竖直向上流)的对流传热特性进行实验研究,讨论了入口温度及热流密度对于换热的影响规律;并对实验过程中出现的传热及流动不稳定现象进行了分析。结果表明:入口段的传热恶化仅在入口温度较低时发生。3 MPa压力下在高热流密度工况会发生传热恶化现象。传热及流动不稳定现象发生于低压力、低入口温度及高热流密度工况下;不稳定现象发生时伴随着外壁温的剧烈振荡,并发出连续而尖锐的声响。最后,选取Gnielinski公式进行Nu数的计算,与实验结果进行对比分析。     

催化剂薄层内甲烷水蒸气重整反应强化管内对流换热的数值模拟

本文以竖直圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应强化对流换热作为研究对象,对其进行了数值模拟．结果发现,催化剂薄层内的吸热化学反应可以有效地强化对流换热,降低流体和壁面温度,从而对壁面起到保护作用;极限热流密度的大小与流体的入口温度有关,存在最佳入口温度使极限热流密度最大．     

散射相函数对一维介质内辐射传递的影响规律

采用有限体积法研究了一维线性各向异性散射介质内散射相函数对辐射传递的影响规律.经与理论解、辐射元法、蒙特卡洛法计算结果比较表明,有限体积法的计算结果更可靠,且不同散射相函数的辐射换热系统中,其无因次热流之比与光学厚度之间存在某种单调变化的函数关系,利用该函数关系可以检验模型的准确度.     

混合模拟方法分析三维封闭腔内辐射换热

１引言工程上对炉内三维辐射换热的计算已越来越重视,较为精确的计算方法是Ｈｏｔｔｅｌ的区域法［１,２］和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法［３］,但两者都有一定的局限性而得不到广泛应用,原因如下：对区域法,由于计算区域间直接辐射交换面积时需求解多重积分,在计算时...     

求解介质内热辐射传递的双向统计蒙特卡罗法

基于热辐射传输的光路可逆性原理,提出了求解介质内热辐射传递的双向统计蒙特卡罗法(BSMC法)。该方法采用等温等权抽样,利用能束传输路径的可逆关系进行辐射传递的双向统计计算,充分利用了能束跟踪的计算信息。以二维矩形区域内吸收性介质的热辐射传递为例,介绍了BSMC的求解过程,分析了其计算误差。通过数值模拟,从辐射传递因子计算结果的倒易性满足程度与辐射平衡温度场两方面,将BSMC法与传统的蒙特卡罗法(TMC法)进行了比较。结果表明,在相同的计算量下,BSMC法比TMC有更高的模拟精度。     

球形微粒子近场辐射换热研究

从偶极辐射理论出发,结合普朗克黑体辐射分布,推导出近场区热辐射分布。采用MC法模拟了两个纳米球形 村子的辐射换热,考察相天参数对近场辐射换热的影响。表明其辐射热流可比黑体辐射高8个数量级。其热流随间距的增 大急剧减小。小研究对于纳米粒子群的传热研究有积极意义。     

Radiation symmetry test and uncertainty analysis of Monte Carlo method based on radiative exchange factor

Using Monte Carlo method, the paper investigates the radiative heat transfer in participating media. Based on the radiative exchange factor, an uncertainty analysis of Monte Carlo method is undertaken and the corresponding mathematical expressions are deduced to predict its accuracy. Furthermore, randomness properties of pseudorandom number generators are investigated, and a model to test radiation symmetry is adopted to validate the performance of some generators. The paper studies the effects of energy bundle numbers, discretization schemes, emission location, optical thicknesses, wall emissivity and CPU time on the numerical accuracy. In addition, the simulation results are proved to give a reference for using Monte Carlo method, which is applicable for calculation of the radiative exchange factor.     

锅炉炉内含尘气流冲刷管束换热器的流动和传热特性研究

本文通过模型计算和实验对于含尘烟气冲刷圆管和螺旋肋片管的管束换热器的流动和传热特性进行研究。结果表明,换热管束的形式对颗粒的传热强化作用具有明显的影响。颗粒对圆管的传热强化作用必须予以考虑,而对于螺旋肋片管则可忽略。     

Monte Carlo discrete curved ray-tracing method for radiative transfer in an absorbing-emitting semitransparent slab with variable spatial refractive index

A Monte Carlo discrete curved ray-tracing method is developed to analyze the radiative transfer in one-dimensional absorbing-emitting semitransparent slab with variable spatial refractive index, in which the Monte Carlo method is combined with the discrete curved ray-tracing method. A problem of radiative equilibrium with linear variable spatial refractive index is taken as an example to examine the accuracy of the proposed method. The temperature distributions and the dimensionless radiative heat flux are determined by the proposed method and compared with the data in references, which are obtained by other different methods. The results show that the Monte Carlo discrete curved ray-tracing method has a good accuracy in solving the radiative transfer in one-dimensional semitransparent slab with variable spatial refractive index.     

微通道内给定壁面热流的气体换热研究

本文利用实施给定热流边界条件的DSMC方法,对短通道内给定壁面热流边界条件下的气体换热情况进行了模拟.结果表明,壁面热流密度增大导致通道内压力分布非线性程度增加.随着热流密度的增大,截面速度分布趋于平缓,滑移速度增大.给定热流密度的通道壁面温度与气流截面平均温度的差值沿程增大,温度梯度沿程下降,气体稀薄性增大时,通道换热减弱.     

Benchmark numerical solutions for radiative heat transfer in two-dimensional medium with graded index distribution

In graded index media, the ray goes along a curved path determined by Fermat principle. Generally, the curved ray trajectory in graded index media is a complex implicit function, and the curved ray tracing is very difficult and complex. Only for some special refractive index distributions, the curved ray trajectory can be expressed as a simple explicit function. Two important examples are the layered and the radial graded index distributions. In this paper, the radiative heat transfer problems in two-dimensional square semitransparent with layered and radial graded index distributions are analyzed. After deduction of the ray trajectory, the radiative heat transfer problems are solved by using the Monte Carlo curved ray-tracing method. Some numerical solutions of dimensionless net radiative heat flux and medium temperature are tabulated as the benchmark solutions for the future development of approximation techniques for multi-dimensional radiative heat transfer in graded index media.