多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。     

纳米流体流动传热性能的实验与模拟研究

为了研究高温冷却条件下,γ-Al2O3-PG90纳米流体作为冷却介质在一车用机油冷却器内的流动传热性能,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟了纳米流体的性能,进行了基液与纳米流体的性能对比计算,分析了纳米粒子体积分数对性能的影响,考察了纳米流体物性预测模型的普适性,并研究了将纳米流体视为单相流体进行性能分析的可行性,通过实验测试得到了性能数据.研究发现:与基液相比,纳米流体强化换热效果明显,流动阻力有所增加,随着纳米粒子体积分数的增加,传热性能提高,流动阻力增加,说明该物性预测模型不能普适,当纳米粒子体积分数大于3%时,将纳米流体视为单相流体的性能研究结果与实验数据偏差较大,可能原因是单相流体流动无法反映较多的粒子之间的相互作用.     

多孔介质方腔自然对流的直接数值模拟

为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自然对流的传热主要是通过壁面附近热对流产生的环流.通过直接数值模拟研究发现：当保持Rayleigh数和固体体积分数不变时,随着模拟多孔介质的颗粒数目的增加,壁面平均Nusselt数随之减小,即传热效率降低,进一步的流场分析表明规则排列时最外排颗粒到壁面距离对于传热效率有重要的影响;当固体颗粒数目和体积分数相同时,颗粒随机布置在高Rayleigh数时比颗粒规则布置有更高的传热效率,而颗粒形状对于传热效率的影响则不大.     

管内填充环状金属多孔介质强化传热优化分析

在圆管内层流充分发展段填充环形金属多孔介质以实现强化传热,建立了流动与传热的数学模型,并着重分析了多孔介质填充位置对管内速度、温度分布以及传热综合性能的影响。数值模拟结果表明:填充金属多孔介质的区域温度非常均匀,速度分布趋于平坦,而未填充多孔介质的区域速度及温度梯度均较大,壁面与流体之间的换热显著增强;此外,对于填充一定截面积多孔介质的圆管,为获得较高的PEC值,宜将多孔介质的填充位置靠近圆管中心。     

流体层流横掠多孔介质中等温平板的对流换热积分解

对流体层流横掠多孔介质中等温平板的二维流动应用Brinkman--Forchheime--extended Darcy模型和流体与多孔介质之间局部热平衡的传热理论建立质量方程、动量方程和能量方程,应用数量级分析的方法对方程组进行了简化,并应用积分法得出了边界层内流体的速度分布、温度分布、以及摩擦系数和对流换热系数的理论表达式。结果表明,多孔介质中平板表面的速度边界层厚度与光板时有明显的不同,其在平板前端迅速增长,尔后变得非常平坦并几乎不再增长;而热边界层厚度则和光板时类似,沿着流动方向不断地增长。     

格子Boltzmann方法研究及其应用

格子Boltzmann方法在多相流动和化学反应中具有非常重要的意义,针对其在湍流、多孔介质流、燃烧、多孔介质燃烧中的应用进行了综述,分析了该方法在模拟这些复杂流体问题时存在的优点和缺点。分析结果表明,格子Boltzmann方法可以直观形象地对复杂流体问题进行模拟,是研究流体内部复杂变化过程的重要评价方法。     

多孔介质内流体流动的大涡格子Boltzmann方法研究

为研究多孔介质内流动随Re数变化的特点,采用结合Smagorinsky亚格子模型的格子Boltzmann方法(LES-LBM)对多孔介质内流动进行了数值模拟.结果表明：多孔介质内的单相流动在高Re数时会表现出复杂的非线性现象;LES-LBM克服了传统LBGK方法模拟高Re数流动时容易产生数值不稳定的缺点,能清晰地描述出多孔介质内流动存在的3个区域,即低速时的线性达西区、过渡区和高速时的非线性二次区;不同Re下的流线图还说明微观的惯性作用最终导致了多孔介质宏观上的非线性现象,多孔介质流动呈现明显的多尺度特征.进一步分析计算结果可以证明：LES-LBM方法能准确地验证Darcy-Forchhimer阻力方程,Darcy-Forchhimer总阻力随Re数增加而增加,随孔隙率增加而减小,并且小孔隙率下的Forchhimer阻力占总阻力比例小于大孔隙率时的比例.     

双弥散多孔介质平板通道内纳米流体流动特征

基于双速度Brinkman-Darcy扩展动量模型,分析Cu/H2O纳米流体在双弥散多孔介质平板通道内的流动特征.采用正常模式降阶法推得双弥散多孔介质裂纹相(f相)和多孔相(p相)的速度分布解析解.参数分析表明,两相中纳米流体的速度随着固体颗粒体积分数的增加而降低;动量传递系数增加,两相速度呈相反趋势变化,且速度差变小;达西(Darcy)数增大,两相速度增大且速度差变大;当仅p相Darcy数增大时,导致双弥散效应增强,两相速度亦同时增大,但两相速度差变小;随着纳米流体体积分数增加,流动阻力增大.     

含内热源管内填充多孔介质的强迫对流传热解析解

基于非局部热平衡假设,研究了管内填充多孔介质的强迫对流传热问题.在附于多孔介质圆柱的外表面施加恒定热流,采用Darcy动量方程描述多孔介质内流体的流动.为考虑工程实际中可能的物理或化学发热源,将多孔介质液相和固相内热源引入传热模型中,获得了液相和固相温度分布的解析解,同时推导了表征传热性能的Nusselt数显式表达式.计算结果表明:计算解析解与文献[10]推导的解析解吻合良好,固相内热源强度愈高,液相和固相温差愈大,Nusselt数愈小,传热性能愈差.此外,还解释了管壁处液相和固相温度梯度出现分岔的原因.     

充满多孔介质的变截面圆管内流体流动分析

写出了多孔介质内不可压缩流体流动的基本方程组,利用流线迭代法对充满多孔介质的变截面圆管内的流体的流动进行数值计算,并通过算例对充满多孔介质管理中的流动情况进行分析。     

基于格子Boltzmann方法的倾斜方腔自然对流模拟

采用格子Boltzmann方法对二维封闭方腔自然对流换热进行研究. 通过数值模拟得到在不同Ra数和倾斜角θ下,封闭方腔内的流场、温度场的变化情况. 再根据流场、温度场分析Ra数、倾斜角θ对封闭方腔自然对流换热的影响. 结果表明,Ra数的增大会增强自然对流换热,而倾斜角的增加使得自然对流换热增减交替,当倾斜角为90°时,自然对流换热最弱.     

室内空气自然对流的二维数值模拟

用具有SIMPLE算法。QUICK差分格式对封闭空腔内的流体自然对流进行了数值模拟计算,考察了Ra数对对流换热的影响．结果表明,在相同的条件下,随着Ra数的增加,对流换热加强．     

窄通道内小传热面的混合与受迫对流换热研究

通过实验研究了垂直矩形窄通道内小尺寸加热元件在助流和反流条件下对流体的热传过程,详细探讨了混合对流的换热特性,并给出一系列实验关联式,用以计算混合对流条件下的换热率。当Re_L>2500时,无论助流或反流均不受Ra_L~*的影响;当Re_L<350时,对于助流,其换热率与Ra_L~(*0.065)成正比;在350相似文献   

Characteristics of radiation and convection heat transfer in indirect near-infrared-ray heating chamber

Numerical study was performed to evaluate the characteristics of combined heat transfer of radiation,conduction and convection in indirect near infrared ray (NIR) heating chamber.The effects of important design parameters such as the shape of heat absorbing cylinder and heat releasing fin on the pressure drop and heat transfer coefficient were analyzed with different Reynolds numbers.The Reynolds numbers were varied from 103 to 3×106,which was defined based on the hydraulic diameter of the heat absorbing cy...     

重力条件下绕汽柱 Marangoni 对流的研究

针对在沸腾现象中出现的汽柱现象，抽象出单个汽柱，建立了绕汽柱Marangoni对流的物理模型和数学模型。采用涡量-流函数法，并利用有限差分法数值模拟了常重力条件下绕汽柱Marangoni对流，得到汽柱附近液体区域的温度场和流场分布，并进一步分析了恒温壁面处的换热规律。结果表明：在常重力场中，一定条件下的Marangoni对流对流动和传热的影响不容忽视，当浮力对流与Marangoni对流同向时，二者的相互促进使流动较微重力场显著增强，从而导致恒温壁面处的换热增强；当二者反向时，二者的共同作用使流动削弱，恒温壁面处的换热也相应被减弱。     

针翅管传热计算及针翅管的应用

本文简要地叙述了在传热设备中，高温烟气的热量通过金属壁面传递给水的情况下，采用针翅管作为对流受热面可以提高传热量的原理，并提出粗略的计算方法。本文还以已开发的采用针翅管的传热设备为实例，应用上述计算方法进行计算，同时以所得的结果与采用相同受热面的普通烟管进行比较，其传热量明显增加，约可提高２０％。本文最后对采用针翅管的传热设备的实测数据进行分析来说明采用针翅管作为对流受热面所取得的实际效果。     

液态金属镓自然对流换热数值模拟

为更好地得到液态金属的流动和传热特性,模拟了液态金属流体镓(Ga)自然对流流动和传热过程.采用单流体模型研究液态金属流体Ga的流动特性和传热机理,考虑边界条件对自然对流的影响,选用合适的边界条件进行了模拟.结果表明,该工况下的传热以导热为主,速度矢量是顺时针旋转分布,并与实验数据较好吻合.Gr数对液态金属Ga自然对流影...     

微细金属丝在空气中自然对流换热

为了研究微尺度圆柱表面的自然对流换热的机理,对水平放置在空气中的微细金属丝(外径为39.9~350.1μm)的自然对流换热进行了研究.数值模拟采用二维不可压模型,对浮升力项用Boussinesq假设进行处理,并使用SIMPLER算法进行求解,考虑了浮力、贴壁层厚度及边缘效应对微自然对流换热的影响.实验采用焦耳加热的方法获得了Nusselt数(Nu),并将数值模拟得到的结果分别与经典关联式、实验结果进行了比较,计算结果与实验结果吻合较好,验证了计算方法的可行性.研究结果表明:随着微细金属丝直径的减小,表面自然对流换热系数在增大,这可能是由于尺度的缩小,使得微细金属丝的边缘效应加强,贴壁层变薄,从而强化了换热;而Nu则先减小后增大,数值计算结果与理论计算值的差别也随着直径的减小而增大.     

竖直圆管内超临界压力低温甲烷传热的数值研究

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻,提高传热过程的稳定性,对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究,讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响,研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明,竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象,在高热流密度下,管内壁温度和平均温度具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在低热流密度下,局部对流传热系数具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在相同的热流密度下,向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性,是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响,产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。