封闭方腔自然对流换热的研究

论述和分析了封闭方腔自然对流换热的研究进展,研究了采用商业软件FLUENT对此模拟的方法以及换热规律研究的可行性,所获得的数值模拟结果与研究文献做了对比分析,其模拟结果是正确的,由此表明:采用FLUENT软件通过数值模拟方法不仅能获得封闭腔自然对流换热的结果,还能研究其换热规律,是解决封闭腔自然对流换热的有效工具。     

倾斜封闭方腔内自然对流换热的场协同分析

采用场协同原理对倾斜封闭方腔内自然对流换热现象进行了研究。通过数值模拟获得了不同瑞利数(Ra=1~10~6)时倾斜封闭方腔内自然对流换热的协同关系,以及在一定Ra数下不同倾斜角φ对封闭方腔内自然对流换热的影响。结果表明:随着瑞利数Ra的增大,协同数Fc变小,其协同性越好。随着倾斜角φ的变化,当Ra≤10~3时,lg Fc的变化曲线近似呈现开口向上的抛物线型;当10~4≤Ra≤10~5时,lg Fc的变化曲线是单调的;当瑞利数Ra≥10~6时,lg Fc的变化曲线有2个极值和1个拐点。     

高封闭方腔自然对流换热特性数值模拟研究

采用ANSYS Fluent 17. 0中的标准k-ε湍流模型对高度、深度及宽度比为28. 7∶6. 8∶1,瑞利数分别为0. 86×10~6、1. 10×10~6和1. 43×10~6的高方腔内的空气自然对流传热进行分析研究,结果显示:温度场及速度场在几何上呈现出良好的中心对称结构;随着瑞利数增大,自然对流增强,努塞尔数增大;在冷、热壁面附近区域,温度梯度大,热量传递以导热为主,越靠近中心区域,对流传热占总的传热比例增加;方腔顶部区域,冷板侧的传热相对更强,而在贴近底板区域,热板侧的传热相对更强。分析结果经过与实验结果对比,具有很好的一致性,模拟结果和方法可作为该类问题模拟分析的参考。     

含加热圆管方腔内自然对流的数值研究

采用数值计算方法对含不同直径圆管以及相同直径圆管位置不同方腔内的层流自然对流进行了研究。以冷热壁面温度差为基准的瑞利数Rn为10^6,以圆管壁面热流密度为基准的Ra为10^8。计算结果表明,当圆管处于方腔中间位置时,随着圆管直径的增大,圆管表面局部努塞尔数呈减小趋势。当圆管直径不变时,由于在不同位置处浮力作用的强弱不同,随着圆管在方腔内位置的改变,方腔内流场结构和温度场分布也会发生变化。整个计算结果可为工程设计提供参考。     

复杂方腔内自然对流换热数值模拟分析

对一个内有绝热障碍物的复杂方腔的自然对流换热问题进行了数值计算分析，采用SIMPLE算法，运用类似处理孤岛的方法成功地处理了方腔内部的障碍物，并在此基础之上，对不同高度的障碍物和不同Ra数的方腔内的自然对流换热进行了模拟计算。计算结果表明障碍物的高度和Ra数对流动换热有着重要影响，但其影响对冷热壁面不一样。     

开口方腔内混合对流换热的数值模拟

研究了两种不同外界来流方向的开口方腔内的混合对流换热问题。对不同的格拉晓夫数、R e以及纵横比进行了数值模拟。计算结果表明了与它们相对应的不同流型及换热效果,同时表明通过增加流速可以减小方腔与周围环境的热量交换。     

二阶全展开ETG有限元方法在方腔自然对流模拟中的应用

应用二阶全展开ETG有限元方法离散求解N-S方程和能量方程,并以零初值方腔自然对流问题为例进行了数值模拟。计算了不同瑞利数条件下方腔自然对流的流场和温度场,最终达到的稳态结果与标准数值解符合很好,并且较好地反映了流场和温度场的时间演化过程,特剐是捕捉到了分叉前后流场中涡结构的变化。结果表明二阶全展开ETG有限元方法有较好的稳定性和较高的精度,在计算温度场和流场的时间演化过程方面有一定优点。     

低熔点熔融盐管内强迫对流换热的实验研究

利用课题组自行配制的二元混合熔融盐(KNO3-Ca(NO3)2)开展导热油与低熔点熔融盐的管内强制对流实验研究.通过实验得到导热油与低熔点熔融盐的总换热系数,并通过最小二乘法和Wilson分离法得到了管内低熔点熔融盐侧的对流换热系数及其准则关联式.与不同的经典传热关联式对比,最大偏差为+23％.考虑高温熔融盐的变物性特...     

封闭腔内Al_2O_3-EG纳米流体自然对流传热特性的数值研究

对梯形封闭腔内Al2O3-EG纳米流体自然对流传热进行了数值模拟,讨论了封闭腔尺寸比、瑞利数、纳米颗粒体积分数以及布朗运动对自然对流流动与传热特性的影响。数值模拟结果表明在考虑布朗运动时,腔体尺寸比与瑞利数对流动传热均有很大影响,且尺寸比为0.5时,对流换热平均Nusselt数达到最大值。随着纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体换热效果逐渐增强;但当忽略布朗运动时,添加纳米颗粒削弱了换热效果。     

二维方腔自然对流熵产模拟分析

利用热和流体流动控制方程,同时考虑了粘性耗散效应,以温差驱动的二维方腔内自然对流换热为对象,分析讨论了熵产的分布以及随着Ra在10~5～10~7之间的变化关系。分析结果表明:熵产主要发生在高温壁面和低温壁面,最大熵产出现在高温壁面的下侧和低温壁面的上侧;熵产的面积加权平均(?)随着Ra呈指数形式变化;(?)与Ra之间呈线性关系;在总熵产中,传热熵产占绝对比重,且随着Ra的增大,其占总熵产的比例也越来越大。     

Natural convection and entropy generation in a square cavity

A natural convection in a square cavity finds considerable interest in thermal engineering applications. However, the use of entropy generation concept enables to identify the optimum conditions for its practical application. Consequently, in the present study, natural convection in a square cavity with differential top and bottom wall temperatures is investigated. A numerical scheme using the control volume approach is introduced when discretizing the governing flow and energy equations. The study is extended to include the analysis of the entropy in the cavity. It is found that the local rise of temperature occurs at the right bottom of the cavity due to vertical circulation developed in the cavity. The entropy generation amplifies when circulation along the x-axis increases and, the entropy generation becomes minimum for a particular Rayleigh number. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

方管与圆管中石蜡蓄热的对比研究

针对不同形状管道对蓄热状况影响不同,建立了圆形管道与方形管道的石蜡蓄热模型,运用FLUENT软件对其熔化过程进行了仿真,讨论了自然对流及石蜡厚度对石蜡蓄热的影响。计算结果表明：熔化初期,方形装置内的固液界面呈“脚丫”状,而圆形装置内的固液界面近似呈椭圆状。自然对流对熔化结果影响较大,对流的存在加速了石蜡的熔化;在自然对流的作用下石蜡的熔化速率先快后慢,而熔化总时间与石蜡厚度成正相关。在蓄热单元面积保持不变的情况下,当内管周长相等时,方管内石蜡熔化总时间大于圆管内石蜡熔化总时间;当内管面积相同时,方管内石蜡熔化总时间小于圆管内石蜡熔化总时间。     

熔盐炉及熔盐加热系统

在氧化铝生产过程中,由于我国一水硬铝石型铝土矿存在高铝、高硅、可磨性差和难溶出的特点,管道化溶出方式逐渐成为一种发展趋势,而熔盐炉是管道化溶出系统中最关键的加热设备。结合某氧化铝厂管道化溶出系统熔盐炉及熔盐加热系统,介绍了熔盐的组成及特性,熔盐炉的类型与结构,熔盐加热系统的运行和特点。     

Effects of diameter ratio of adiabatic circular cylinder and tilt angle on natural convection from a square open tilted cavity

A numerical analysis is carried out to study the performance of natural convection inside a square open tilted cavity filled with air. An adiabatic circular solid cylinder is placed at the center of the cavity and the sidewall in front of the breathing space is heated by a constant heat flux. The top and bottom walls are kept at the ambient constant temperature. Two‐dimensional forms of Navier–Stokes equations along with the energy equations are solved using the Galerkin finite element method. Results are obtained for a range of Grashof numbers from 10³ to 10⁶ at Pr = 0.71 while the tilt angle varies from 0 to 45° and the diameter ratio of the cylinder is considered to be 0.2, 0.3, and 0.4 with constant physical properties. The parametric studies for a wide range of cylinder diameter ratios and cavity tilt angles show significant features of the present problem in terms of stream functions and temperature profiles. The computational results indicate that the heat transfer coefficient is strongly influenced by the above governing parameters. It is also found that the average Nusselt number decreases when the diameter ratio increases. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.21001     

Internal gravity wave resonance of thermal convection fields in a square cavity with heat‐flux vibration

In this paper, the thermal convection field and its resonance phenomena in a square cavity with sinusoidal heat‐flux vibration were numerically investigated. As the angular velocity ω is changed, the thermal convection field at Pr = 0.71,Ra = 10⁶ is found to be classified into 5 regions. In particular, the field has the local maximum relative amplitude of midplane Nusselt's number at ω_c = 350, which corresponds to the angular velocity of internal gravity wave ω_r estimated by a theoretical equation proposed by Thorpe. This shows that the local enhancement is induced by internal gravity wave resonance. Such correspondence is observed for Ra ≥ 10⁵,Ra ≥ 10⁶ for Pr = 0.71, 7.1, respectively. For these ranges of Ra we propose a correlation equation, a function of Pr and Gr only, to estimate the resonant angular velocity. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 35(5): 309–322, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.20122