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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多孔介质燃烧室内湍流流动及燃油喷雾的数值模拟

以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.计算基于Antohe和Lage的适用于多孔介质的k-e模型,其中引入了Darcy项和Forchheimer项.对燃油喷雾在自由空间和多孔介质组成的燃烧室内的流场进行了数值计算.计算结果表明,多孔介质对燃油液滴与空气的混合过程具有重要的影响,多孔介质内的流场作为一个局部流场和整个燃烧室内流场发生相互作用.Darcy项和Forchheimer项均对湍能起阻尼作用,从而降低多孔介质内的湍能水平.这种阻尼作用随多孔介质渗透率的减小而增大.为检验数值模型的合理性,针对文献中的实验条件进行了相应的数值计算,计算结果与实验结果吻合良好.     

大空间管排自然对流的数值模拟

对具有2，4，6根管的管排在大空间内的自然对流进行了数值模拟。参数范围为10^2〈Ra〈10^4，S／D=1．25，2，3，5，9，11，Pr=0．7，流态为层流。数值计算结果表明：Ra和S／D对换热都有重要的影响，在小间距时对流作用处于劣势，管排中的管处于换热削弱状态，随着间距的增大对流作用逐渐占优势，管排中的各管从下至上逐渐受到加强，管排中出现了涡，这种涡起着增强局部换热系数的作用。     

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。     

等温竖壁自然对流换热的数值模拟

采用相似变换及箱形格式对等温竖壁自然对流换热进行数值模拟,计算结果与传统的相似解结果相符,表明用此方法求解自然对流换热问题是可行的。     

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....     

两层多孔介质燃烧器的数值模拟

通过一维数值模拟研究了预混气体在两层多孔介质燃烧器内的燃烧特性,着重研究两层多孔介质燃烧器中的超绝热燃烧和火焰的稳定区域。结果表明,预混气体在两层多孔介质内可以发生一定程度的超绝热燃烧,贫燃极限可以扩展到0.45。两层多孔介质能够在较宽的流速范围内将火焰稳定在它的交界面上。数值预测的最小和最大火焰传播速度与实验取得了相同的趋势,其火焰传播速度至少是自由空间中的3倍。     

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。     

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。     

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。     

甲烷在多孔介质中过滤燃烧制氢的数值模拟

对燃料极富条件下(φ>2.0)甲烷在多孔介质中的部分氧化重整制取氢气的工艺过程进行了数值模拟.建立了一维定常双温度模型,采用详细化学反应机理GRI1.2,着重研究燃烧区峰值温度、主要化学组分的分布规律和氢气的转化效率.讨论了混合气体流速、当量比等参数对甲烷转化特性的影响.数值模拟结果与文献[4]的实验结果基本吻合.     

骨架发热多孔介质通道内单相流阻力与换热特性数值模拟

以Fluent 6.3为平台,采用局部非热平衡模型,对紊流及紊流过渡区范围内骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值模拟。采用三维N-S方程及标准k-ε湍流模型描述多孔介质内的流动,详细研究了孔隙有效雷诺数Re(400Re2000),表面热流密度q(q=5、30和90 kW/m2)和冷却剂入口温度Tin(Tin=20、50和80℃)的变化对多孔介质流道内流动阻力及换热特性的影响。结果表明:低热流密度下,表面热流密度的变化对流动阻力和换热系数的影响很小;小球直径对换热系数的影响显著,且随着雷诺数的增加而增加;换热系数随冷却剂入口温度的增加而减小。     

多孔介质往复流动燃烧的一维数值模拟

建立了往复流动多孔介质燃烧器的一维数学模型：在该系统中,可燃预混气周期性换向,分别从两端流入燃烧器。假定气相与固相处于局部热平衡状态,考虑了辐射换热的影响。采用有限容积法求解,通过大量数值计算研究了主要工况参数,如半周期、流速、当量比、热损失、多孔介质衰减系数及其热容对该燃烧系统温度分布和反应特性的影响。计算结果与实验结果在定性上吻合良好。     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

对流型地层内井下换热器实验模拟研究

采用3-5mm的饱和微珠玻璃球堆来模拟同轴管式井下换热器（DCHE）周围对流型地温地层，对其换热过程中温度分布及其变化、主要影响因素进行了实验研究，为利用同轴管式井下换热器开发地热资源提供依据。