变热流条件下多孔介质复合腔体自然对流的数值模拟

针对变热流多孔介质复合腔体自然对流问题建立数学模型,采用有限元法求解控制方程,分析变热流条件下复合腔体右壁面逐时Nuavg和多孔介质无量纲逐时蓄热量的变化情况,探讨Ra、Da数和孔隙率ε与逐时Nu_(avg)和无量纲逐时蓄热量之间的关系。计算结果表明:逐时Nu_(avg)和无量纲逐时蓄热量随Ra、Da数的增大而增大;而逐时Nu_(avg)峰值随ε的增大而增大,无量纲逐时蓄热量随ε的增大而减小。     

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。     

基于LBM多孔介质复合腔体交界面热滑移效应的研究

本文采用格子Boltzmann方法对真实多孔介质复合腔体内的对流换热进行研究，分析了不同Ra数、多孔介质高度Y和厚度δ条件下交界面处的热滑移效应，并确定热滑移系数。利用X-CT技术对真实多孔介质材料进行断层扫描，获得实际材料内部结构图片，并进行图片处理，再导入格子Boltzmann模型中进行求解。计算结果表明：等效热滑移系数随高度Y的影响较大，靠近壁面或固体表面的系数偏大，而间隙处的系数偏小，但两处各自的值基本相同；Ra数和厚度δ的变化对等效热滑移系数的作用较小。     

骨架导热特性对部分填充多孔介质复合腔体内传热影响的模拟研究

利用有限元数值方法对部分填充多孔介质复合腔体内的自然对流进行模拟研究,模拟利用两区域法来计算复合腔体内的自然对流,在多孔介质区域采用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,在纯流体区域使用Navier-Stokes方程,重点研究了多孔介质骨架导热特性对自然对流的影响。研究发现,在一定范围内随着多孔介质导热性的增强,流体温度升高,部分填充多孔介质腔体内自然对流有一定程度的增强。     

不同磁场布置对空气自然对流的影响

为研究顺磁性气体介质在外磁场作用下自然对流换热的规律，进一步揭示热磁对流的实质，该文用数值方法模拟了两种钕铁硼永磁系统产生的磁场作用下二维封闭方腔内空气的自然对流换热，得到了工作空间内磁场强度和磁加速度的分布，获得了两种梯度磁场作用下空气自然对流的流场和温度场以及壁面局部对流换热系数。研究表明，不同的永磁系统布置可在工作空间形成不同的磁加速度分布，产生不同的磁场力，从而影响空气自然对流换热的强弱。     

多孔介质微小燃烧器的传热特性分析

采用计算流体力学软件Fluent,对H_2/空气预混气在全填充多孔介质平板微燃烧器内的燃烧过程进行数值模拟.研究了多孔介质导热系数、壁面导热系数、当量比、孔隙率对微燃烧器回热循环的影响规律.模拟结果表明:预热区对流回热效率、多孔介质导热效率与多孔介质导热系数呈正相关趋势;壁面导热系数增大会使预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升;预热区对流回热效率、壁面对流回热效率与当量比呈负相关趋势;多孔介质孔隙率是影响回热效率的重要因素,随着孔隙率的增大,预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升.     

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。     

饱和多孔介质自然对流数学模型与实验研究

以饱和多孔介质内流体流动、流体和固体传热为研究对象,考虑流体密度随温度变化和局部热平衡,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立固体随机堆积饱和多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法计算。利用自主研制的两侧恒温差立方体多孔介质实验台,对所建数值模型进行实验验证。综合数值计算和实验结果表明:多孔介质方腔内最大流速随温差和瑞利数Ra增大而增大,且最大流速出现在高温壁面和低温壁面附近;随着Ra增大,温度等值线由近似平行于高低温壁面变为近似垂直于高低温壁面;高温壁面上Nu从上至下呈线性增加趋势;高温壁面Nu随Ra增大而增大,当Ra<102时,Nu维持在12以内;当102106,Nu增加速率很小。     

含体积热源方腔的耦合自然对流换热数值模拟

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。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。Ra的变化从10^5到10^9。     

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。     

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。     

部分填充多孔介质复合腔体内自然对流的二维PIV实验研究

利用PIV技术对部分填充多孔介质腔体内的二维流动进行测试试验,采用三维打印技术构造高孔隙率的球体结构作为多孔介质模型,搭建了二维PIV测试试验台对部分填充多孔介质复合腔体内自然流动进行了实验测试。通过实验结果与模拟结果的对比分析,发现在多孔介质中间断面位置,因两侧端面导致的三维效应可忽略不计,可以作为二维流场的最佳测试断面。     

管中心填充两层多孔介质强化传热研究

采用圆管中心层流充分发展段中心流等截面分层填充金属多孔介质以实现强化传热,建立了流动与传热数学模型,并着重分析了三种新型强化传热管的速度、温度分布及传热综合性能.结果表明,与光管相比,填充金属多孔介质后,管中心流体温度更均匀,壁面附近流体的温度梯度更大,圆管中心流体速度分布趋于平坦,壁面附近流体速度梯度增大,壁面与流体间的换热显著增强;对三种强化传热管,在两区域内填充孔隙率相同的多孔介质,可望得到较高的综合性能指标值.     

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。     

封闭方腔内叉排管间熔融盐自然对流换热

以硝酸锂熔融盐为流体介质,对封闭方腔内交叉排布的四根热管间的介质自然对流换热进行了数值模拟,研究了热管不同位置和不同瑞利数对方腔内介质自然对流换热特性的影响。结果表明:管间距ε=0.5时,腔体内温度场和流场的对称性开始打破;ε=0.4和0.5时,下管及左右两管产生的热羽流冲刷上管热边界层,使上管局部Nu_φ分别在圆周角φ=180°、φ=280°和φ=80°处出现增强;ε=0.6时,上管不再受下管羽流影响。随着管间距增大,上管平均Nu_m越来越小,下管Nu_m越来越大;ε=0.4~0.6时,管间距对左右两管Nu_m影响很小,但ε=0.7时,左右两管平均换热均明显增强。     

应用热非平衡模型模拟梯度磁场作用下多孔介质方腔内空气热磁对流

梯度磁场可用来控制多孔介质内空气的自然对流传热过程.利用局部热非平衡模型对圆形截流线圈水平放置时三维多孔介质方腔内的空气热磁对流进行了数值研究.控制方程基本变量采用控制容积法离散,求解采用SIMPLE算法.计算过程中Ra为103～105,磁场力数γ为0～150、Da为10-7～100.获得了空气热磁对流的流场和温度场....     

基于格子Boltzmann方法的饱和土壤渗流与传热数值模拟

本文利用随机多孔介质生成算法重构了与真实土壤外貌相近的多孔介质几何结构。通过引入不可压耦合双分布格子Boltzmann模型（lattice Boltzmann model ,LBM）对孔隙尺度下单相饱和土壤渗流和传热进行了模拟。着重讨论了不同渗流压差、孔隙率、土壤固体颗粒尺寸分布对流动与传热的影响。结果表明：土壤渗流速度与渗流压差呈线性单调递增关系,平均温度随渗流压差增加而增大,但温升速率逐渐减缓;当孔隙率增大时,渗流速度增加,且当孔隙率大于0.58时,对流换热作用迅速增强,土壤温升速率显著加快;对于相同孔隙率,当土壤固相颗粒尺寸较大时,流动出现典型优先流效应;随着土壤固相颗粒尺寸减小,土壤温度变化逐渐趋于平缓,平均温度降低。     

多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究

应用计算流体力学软件Fluent,对氢气/空气预混气在部分填充多孔介质的微平板燃烧器中的实验现象进行了模拟,研究了多孔介质热导率、壁面热导率、多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响.模拟结果表明:稳燃范围的大小与多孔介质热导率呈正相关趋势,较高的多孔介质热导率将会拓宽稳燃范围;随着壁面热导率的增加,稳燃范围与壁面热导率呈V型比例;多孔介质孔隙率也是影响稳燃范围的一个重要因素,在0.5~0.9的区间内,随着孔隙率的增大,稳燃范围也随之增大.     

含热源方腔的耦合自然对流换热的三维数值模拟

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。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。     

管内填充多孔介质强化换热的数值研究

管内填充多孔介质强化换热的基本原理是构造热边界层,增大壁面附近流体的温度梯度,并且流动阻力增幅不大。本文运用数值模拟的方法,模拟填充多孔介质管内的流场和温度场,探讨填充比例φ、渗透率Da以及空隙率ε对管内对流换热的影响规律。研究表明,提高填充比例φ和减小渗透率Da都能明显提高换热效果,但也增加了管内流动阻力。空隙率ε对强化换热作用不大,但高空隙率可以明显降低管内流动阻力,在实际中应选用空隙率较大的多孔介质。