复杂几何结构腔体内冷水自然对流传热数值模拟

利用有限容积法对复杂几何结构异形腔体内具有密度极值的冷水自然对流传热进行了一系列数值模拟,获得了多种异形腔体内不同密度倒置参数和Rayleigh数下的流场和温度场、壁面局部和平均Nusselt数等的变化规律。结果表明：密度倒置参数对流场结构、壁面局部Nusselt数分布和平均Nusselt数影响较大;径深比较小时,流动较强,随着径深比的增大,流动减弱;相同条件下,改变外壁面几何结构,封闭腔体内温度场、流场及壁面传热特性都有不同程度的变化。     

耦合表面张力的封闭腔体内管外自然对流传热特性

采用格子-玻尔兹曼方法（LBM）构建了考虑表面张力影响下封闭腔体内加热圆柱外自然对流数学模型。在分别对自然对流与表面张力模型模拟验证的基础上,探究了液固表面张力与重力场下浮升力同时作用下加热圆柱外流体自然对流的传热特性。结果表明,在给定Ra数下（10³≤Ra≤10⁶）,随着表面张力的增大（Oh数减小）,封闭腔体内管外自然对流扰动会加剧,流型会变复杂,壁面换热效率有明显提高。在Ra数为10⁵,长度比（加热圆柱半径和方腔长度之比）为1/10情况下,加入表面张力σ=0.076302N/mm（Oh=0.122）,腔体左侧壁面平均努塞尔数和加热圆柱壁面与未加表面张力相比分别提高了93.5%和60.35%。当表面张力大小和自然对流的浮升力相当时,此时的流场波动更加明显剧烈,在一定范围内增大浮升力反而减弱换热。     

有体积热源的矩形空腔内层流自然对流的数值模拟

对具有内热源方腔的稳态层流耦合自然对流换热进行了三维的数值模拟,采用的模拟代码基于连续介质计算力学的开源库OpenFoam,解决了自然对流换热与固体传热的耦合问题.Ra数的变化从105到109.对外壁面为常温、方腔内充满含体积热源流体的自然对流计算结果表明,温度场、速度场与非耦合的工况有很大差异.     

含内热源的梯形腔自然对流换热数值模拟

引言 封闭腔体内的自然对流换热问题在实际工程中有着重要应用,因而受到越来越多的关注,工程实际中常用的腔体结构有方腔、圆形腔、三角形腔等.     

间断等温边界下多孔介质方腔内非热平衡自然对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔两侧壁面布置间断式等温边界,采用SIMPLER算法数值研究了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流,探讨了6种等温边界布置方案、孔隙率ε及Da数对方腔内自然对流与传热的影响规律。计算结果表明:在左右对称的等温边界条件下,多孔介质方腔内的流场、温度场分布出现了左右对称分布特性。孔隙率ε及Da数的增加有利于提高多孔介质方腔的整体传热量,当Da数小于10-5时,传热量Q值随Da数变化不大,且不同等温边界布置方案的Q值差别不大。随着Da数的增大,多孔介质方腔内的热对流逐渐得到发展,此时不同传热方案的Q值出现了显著的差异,并随着Da数的增大而增加。     

内置发热体的封闭方腔自然对流换热数值模拟

对底部中心位置具有不同大小内热源的二维封闭方腔自然对流换热问题进行了数值模拟。通过改变内热源量纲1高度b和Rayleigh数的大小,分析了不同工况对封闭方腔内温度场、流场结构和热源表面平均Nusselt数的影响。数值模拟结果表明:b和Ra的大小对封闭方腔内空气的流动换热有着重要影响;热源表面Nuave是Ra和b的增函数,且其增幅随Ra的增加而增加,随b的增加而减小。     

竖直平面上的传热传质复合自然对流

用数值方法研究了竖直平面上因热及物质扩散引起的传热传质复合自然对流,得到了速度、压力、温度和浓度的分布及传热传质速率随浮力比的变化规律。研究结果表明：Ｎｕ与Ｓｈ在随浮力比Ｂ的变化过程中出现最小值,此时的浮力比Ｂｍｉｎ仅是Ｐｒ／Ｓｃ的函数;流型取决于浮力比和Ｐｒ／Ｓｃ,根据流型不同可在Ｂ－Ｐｒ／Ｓｃ坐标系中将流场划为４个区域。     

高物性变化流体密闭空间内自然对流的数值模拟

流体物性随温度变化呈现高变化特性时,密闭空间流体自然对流规律的模拟计算需要采用变物性计算方法。以液态水为研究对象,采用变物性方法研究其在密闭空间内的自然对流现象,分析温度变化时流体流动与传热过程,并采用分子间距变化规律对变温差下的密闭空间满液体理论进行解释。模拟计算结果表明:液体密度、粘度随温度改变较大时,对密闭空间内流体传热过程有较大影响,采用变物性方法可以更准确地模拟密闭空间内自然对流现象,并为热管技术的发展奠定一定的理论基础。     

自然对流对吸热管内熔盐对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下吸热管内传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,吸热管内各熔盐入口温度的下侧Nu数大于上侧Nu数,熔盐入口温度越高Nu数越小,其管内下、上侧Nu数的差值越大。随着吸热管向上角度的增加,管内下侧Nu数逐渐减小,上侧Nu数逐渐增加,但各吸热管的平均Nu数基本一致。     

吸收过程自然对流非稳态数值模拟

传质过程中液相密度变化导致的自然对流,改变了液相流动状态,对传质有着较大的影响。利用纹影仪光学方法,获得了乙醇吸收CO2过程中自然对流的纹影图像;并通过吸收传质流体CFD模型,应用有限元方法对气液吸收过程中出现的自然对流发生过程进行了数值计算,得到了液相自然对流发生时的非稳态流场分布和浓度分布信息。分析结果表明传质过程中当自然对流发生后,促进了液相表面更新,加强了传质效果,在考察相际传质过程时,应充分考虑自然对流对传质速率的影响。     

固体溶质溶解过程自然对流非稳态数值模拟

利用多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysic 3.5及其动网格技术,结合传质学相关理论对固体溶质溶解过程进行了直接数值模拟.考虑了溶解过程中液相部分的自然对流,溶解引起的其表面形态的变化由溶解质量与相界面处的浓度梯度的关系建立的方程描述.研究结果表明:文中方法可以很好地捕捉由于溶解引起的界面运动和变形的...     

封闭腔内水自然对流换热数值模拟

为了揭示封闭腔内非Boussinesq流体在浮力驱动下所特有的流动换热现象和形成机理,采用CFD软件Fluent对封闭腔内水的自然对流进行数值模拟,得到矩形封闭腔高宽比、Rayleigh数、倾斜角度、壁面温度差对流动和传热的影响规律。研究结果表明：由于水的密度在3.98℃达到最大,两竖壁面温度跨越这一点时会引起流动图像反转;具有流动反转的双涡结构降低了对流换热平均Nusselt数;相同Rayleigh数下,高宽比为1对应对流换热平均Nusselt数最大值;倾斜角度对平均Nusselt数影响与Rayleigh数和温度边界条件有关。     

多开口方腔内自然对流的流动与传热特性

以计算流体力学与传热学理论为基础,建立三开口方腔内有热源驱动自然对流的物理数学模型,利用CFD方法对多开口方腔内流体的流动特性进行数值模拟和理论分析。在4种不同的通风模式下,比较热源强度和活动开口位置对热源表面的Nusselt数和方腔的量纲1有效流通量等流体流动、传热参数的影响。结果表明,在有热源驱动的自然对流条件下,与开口通风位置相比,热源强度对方腔内热流场的均匀性有更加重要的影响,揭示了三开口方腔内流体的流动特性与换热规律。     

梭式窑空气动力模型中紊流流动与对流传热的数值模拟研究

为深入了解梭式窑对流换热规律和产生换热不均匀的原因，利用CFD软件FLUENT^TM 5.4.8，构造了非保形结构化－非结构化混合网格，采用标准紊动能－紊动能耗散率（K－ε）模型，对梭式窑空气动力模型内部紊流流动与传热进行了数值模拟研究。得出了烧嘴射流的发展过程以及烟气速度场和温度场的分布特征。分析了料垛之间以及料垛局部换热的不均匀分布特征和成因。结果表明：外围料垛换热较强、内部料垛换热较弱，造成料垛间换热不均匀。料垛间隙的周期性分布导致料垛周向换热不均匀，三层烧嘴作用范围不同导致料垛纵向换热不均匀，有关数值模拟结果与文献实验数据符合较好。在此基础上，提出了调整料垛码法、烧嘴位置和流量匹配等改善对流换热均匀性的措施，并给出了调整原则。     

考虑非稳态自然对流的固体溶解过程数值模拟

引言固体在液体中的溶解是自然界中常见的一种现象,广泛存在于化工、药物研究、食品生产等领域[1-3]。大量的研究者从实验和理论两个方面对固体溶解过程进行了广泛的研究[4-6]。Marabi等[7]采用实验手段考察了溶剂的物理性质对单颗球形蔗糖在无限大溶剂中的溶解过程的影响;Vzquez-     

垂直梯度磁场作用下水平薄层磁性液体自然对流传热

１前言磁性液体是吸附着表面活性剂的固体磁性颗粒（如Ｆｅ３Ｏ４）分散于基液（如水）中而形成的稳态胶体溶液。它能在重力、磁力及离心力等外力场的作用下不凝聚、不沉淀,是一种集流动性。强磁性于一体的新型材料。磁性液体在化工、机械、电子、动力及航天航空等领域有...     

单气泡对层流自然对流传热影响的数值研究

在工业传热过程中,温度边界层的增厚严重降低了传热效率。研究发现在液相中加入气泡能提高相间的传热效率。采用VOF(流体体积法)研究单气泡注入对垂直管道内层流自然对流传热的影响,利用Boussinesq假设考虑自然对流的浮力项,分别研究相同气泡形状不同气泡尺寸以及相同气泡尺寸不同气泡形状对近壁流体自然对流传热的影响。结果表明：气泡直径越大,变形稳定后的上升速度和横向尺寸越大,对周围流场造成的扰动越剧烈,传热强化效果和传热强化影响区域增大;气泡直径相同时,随着Eo数的增大,气泡横向尺寸显著变大,传热增强效果变得明显。气泡注入影响传热增强的主要因素与气泡的横向尺寸和上升速度有关,横向尺寸和上升速度越大传热强化效果越好。     

LNG输送管道耦合传热的数值模拟

对LNG输送管道与其周围环境之间的耦合传热过程进行分析,包括管道与保温层之间的导热以及保温层与周围环境之间的对流传热和辐射,并对LNG输送管道的冷量损失进行了较为完整的分析和计算。用数值仿真对管道周围的流场和温度场进行模拟和分析,比较了不同厚度的保温材料、Reynolds数、环境温度以及阳光辐射等对冷量损失的影响。结果表明保温材料特性对LNG输送管道的冷量损失影响较为敏感。随着保温材料热阻的增加,Reynolds数、环境温度以及阳光辐射对冷量的损失的影响逐渐减小。     

侧壁不连续边界下多孔介质自然对流数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔左侧壁面布置不连续等温边界条件,数值模拟了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流传热,探讨了不同等温边界布置方案及方腔的高宽比M/L对方腔内自然对流传热的影响规律。计算结果表明:由于单向重力影响,多孔介质方腔内流函数结构呈现上下不对称特性,而固体相温度场分布呈现出上下对称分布规律;流体相局部Nu数的大小及分布规律与等温边界的位置相关,局部Nu数随着Y=0.5值的增大而增加,固体相局部Nu数则以Y=0.5处为中心呈现上下对称分布规律。存在一个最佳ξ值及高宽比值,使得多孔介质方腔内的整体向外传热量达到最大值,等温边界布置于方腔上侧更有利于强化方腔整体的自然对流传热。     

磁场强化磁性液体自然对流传热的机理

在重力场中流体密度变化产生自然对流,在磁力场中磁性液体的表观密度随外加磁场强度的变化而明显变化,磁场可以改变磁性液体的自然对流.通过对磁场中的磁性液体的静力学计算和分析,建立一个由均匀磁场和均匀梯度磁场同轴叠加的合成磁场,合成磁场使磁场引起的磁性液体密度变化各处均等,各处的自然对流传热均等,从而使磁性液体的表观密度和自然对流传热系数得以准确测量,由此建立起磁性液体的磁场强度、表观密度、Grashof数之间的关联式.磁场强度的增大使磁性液体表观密度增大,使磁性液体处于超重状态,是磁场强化磁性液体自然对流传热的机理.