等温竖窄条自然对流换热的模拟研究

应用三维边界层的概念及方程组，数值模拟了等温竖窄条自然对流换热。以条宽为特征量，得出了竖窄条自然对流换热关系式。     

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.     

竖壁自然对流的数值模拟

为了研究竖壁自然对流换热的特点,将边界层的控制方程转化为相似方程。在此基础上,进一步采用引入中间变量的方法,将相似方程转化为五个常微分方程。运用MATLAB对相似解进行数值模拟,获得了层流边界层内速度和温度的分布特点,同时,得到了与其相关的其它物理量的变化规律。     

等温竖窄条自然对流换热的模拟研究

应用三维边界层的概念及方程组,数值模拟了等温竖窄条自然对流换热。以条宽为特征量,得出了竖窄条自然对流换热关系式。     

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．Rα数的变化从10^5到10^9．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．     

高普朗特数流体圆柱坐标下自然对流数值模拟研究

对高普朗特数流体在圆柱坐标下的自然对流问题进行数值模拟研究。采用有限容积法、精密网格划分以及多重网格算法来保证计算的精度与速度。研究中设普朗特数为1000,对不同瑞利数下圆柱坐标自然对流问题的温度场、速度矢量场、流函数场以及努塞尔数的分布进行精确求解。对比不同瑞利数下的计算结果,分析瑞利数对高普朗特数流体在圆柱坐标下自然对流传热与流动的影响。     

水平圆管表面自然对流换热的数值模拟

大空间水平圆管自然对流换热由于圆管上方存在的羽状区、圆管壁温不能保持绝对一致、测试腔尺寸设计不合理等因素影响而有各种不同解.利用Fluent对大空间水平圆管自然对流换热进行了数值模拟;基于光学理论得到纯背景剪切干涉模拟条纹.将通过数值模拟得到的温度场数据和纯背景剪切干涉模拟条纹进行叠加得到热稳态时的剪切干涉模拟条纹.模拟结果表明:热稳态时的剪切干涉模拟条纹和实验条纹十分类似;将两种条纹进行对比可以检验实验中需要改进的地方,从而得到关于水平圆管自然对流换热更精确解.     

等温小尺寸物体自然对流换热的数值计算

在三维附面层的概念及方程组基础上，对不同尺寸的等温小加热块自然对流换热进行进一步的简化计算，计算结果与前人的计算结果及实验结果相符。     

均匀壁面热流下太阳能腔式吸热器的自然对流数值模拟

在考虑变物性以及腔体固壁与流体间流固耦合的基础上,采用定热流的热边界条件和RNG k-ε紊流模型,对相同热流密度不同倾角以及相同倾角不同热流密度下的圆柱形腔式吸热器的腔体内的自然对流特性进行了三维数值模拟。结果表明:随着腔体壁面上的热流密度增加,内壁面上平均温度将升高,平均努塞尔特数增加;随着吸热器倾角的增大,平均努塞尔特数减小;随着离采光口距离的增大,腔体壁面温度近似呈线性规律升高,同一截面不同位置处的壁面温差减小,但减小的幅度不大。     

Numerical study on the influence of geometrical parameters on natural convection cooling effect of the crushed-rock revetment

The crushed-rock revetment, considered as a highly porous medium, is often applied to embankment slope to protect the underlying permafrost and ensure the thermal stability of roadway in permafrost regions. In this paper, in order to increase and optimize the cooling capacity of crushed-rock revetment in cold regions roadway engineering, based on the thermal convection theories, the practical geometry and the temperature characteristics of in-situ crushed-rock revetment, convective pattern and cooling effect of crushed-rock revetment are numerically studied, with a thickness of 1.0 m under different geometrical parameters, e.g. sloped angle and aspect ratio. The results indicate that, with a thickness of 1.0 m and a temperature difference of 10.0 ℃ between top and bottom boundaries, due to the existence of natural convection, the effective thermal conductivity of crushed-rock revetment can be increased and the thermal "semi-conductor" characteristics are endowed. However, the convective pattern changes with the variation of the sloped angle, namely, with the increase of the sloped angle, the convection cell number decreases; furthermore, when the flow changes from various cells to a single cell at a sloped angle, the Nu number is the smallest and the cooling effect is the worst, therefore, the corresponding sloped angle is considered as the worst cooling sloped angle. Besides, with the increase of the aspect ratio, the worst cooling sloped angle increases and tends to 32°, also approaching to the in-situ crushed-rock revetment angle 33.7°. Therefore, when the crushed-rock revetment em-bankment is too high, that is to say, the aspect ratio of the sloped crushed-rock revetment is too large, some measures should be taken to enhance its cooling effect, which have been researched and discussed in this paper. It is hoped that some scientific references can be supplied to the design and maintenance of the crushed-rock revetment embankment in cold regions.     

太阳能烟囱内非稳态自然对流温度边界层分析

太阳能烟囱内空气流动主要以自然对流边界层流动为主,由于受系统运行控制参数和结构参数的限制,边界层的发展不能象大空间那样自由展开;通过直接数值模拟讨论温度边界层发展的影响因素,结果表明当边界层能够自由展开并且到达稳态时,温度边界层厚度与(y/Ra)^1/5满足定量关系;当边界层不能自由展开时,边界层厚度与w,Ra的大小有关.     

混合对流作用下小室流场和温度场的数值模拟

建筑空调为人们提供清洁舒适的室内环境。本文在Ｂｌａｙ等人实验研究基础之上 ,采用标准关键词模型和壁面函数法 ,对具有混合对流作用的小室流场和温度场进行数值模拟 ,经与实验值对比发现 ,标准κ-ε模型可以较为准确模拟混合对流作用的流动与传热问题 ,速度值的最大偏差为 0 . 0 43ｍ ｓ,温度最大偏差值为 1 . 1Ｋ ;浮升力对ε方程中源项的影响可以不计     

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．     

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.     

竖直加热平板对流边界层的数值模拟

为了研究壁面温度和来流速度对边界层特性的影响,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对空气流过竖直加热平板的对流边界层特性进行数值模拟.采用k-ε模型和SIMPLE算法分别对不同壁面温度的自然对流和不同来流速度的混合对流进行模拟计算,得到温度分布和速度分布,通过分析结果表明:高温对边界层特性的影响很小,而随着空气来流速度的增大,速度边界层和热边界层的厚度减小,最大速度增大.     

百叶窗形叶片倾斜通道在变物性条件下自然对流换热系数数值模拟预测

百叶窗形叶片作为强化自然对流换热的一种方式在制冷、空调及计算机部件散热等场合有着广泛的应用.对百叶窗形叶片端部开口的倾斜通道自然对流换热以及流动过程进行了较详细的数值模拟,在考虑了变物性的影响条件下,给出了换热系数的预测公式.模拟研究表明,一般情况下上部的两个通道,通道空气质量流量随叶片温度升高,先增大后减小,变物性的影响不可忽略.百叶窗形叶片从底部叶片到顶部叶片换热情况逐渐恶化.叶片上下面的局部努塞数,一开始在通道入口沿流动方向减小,在接近通道出口处又增大,并且叶片下表面局部努塞数增大的值大于叶片上表面增大的值.这一现象用一种新理论———场协同理论进行了解释.     

倾斜环形空腔内自然对流的实验研究和数值模拟

对大尺寸环形空腔在不同倾斜角度下的自然对流换热进行了实验研究。给出了半径比为2.5,高宽比为38的实验段在0°,22°,45°,67°和90°等角度下的换热关联式,并在水平和竖直情况下进行了数值模拟以便对实验结果进行验证。实验结果表明:在小数下,倾斜角度对自然对流换热的数有较大影响;而在大数下,倾斜角度对数的影响则非常小。最后给出的换热关联式对工程实际中大电流封闭母线的散热设计和校核有重要的参考价值。