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。     

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。     

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.     

基于格子Boltzmann方法的封闭三角腔自然对流的数值模拟

建立了二维不可压缩D2G9格子Boltzmann模型,耦合二维TD2Q5热格子Boltzmann模型,在非平衡态外推的边界条件下,首先对不同Eckert数(Ec)和Prandtl数(Pr)时Couette流的温度场进行数值模拟,计算结果与解析解吻合良好,且在Ec变化很大的条件下,计算结果仍与解析解相符,验证了模型的准确性和稳定性. 然后对封闭三角空腔内不同Rayleigh数(Ra)下的自然对流流场和温度场进行了数值模拟,结果与文献计算值吻合良好,说明格子Boltzmann方法的TD2Q5热模型可用于高Ra时的空腔热流动模拟.     

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。     

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。     

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。     

微纳米颗粒受自然对流影响运动沉积特性

引言固体颗粒在流体内的运动及沉积是大气环境、河床、水文地质等自然界中普遍存在的现象,也在煤燃烧、化工制药、建筑、冶金等许多工业领域中广泛存在,因此,很早就受到关注[1-3]。一般情况下,对不同颗粒度的颗粒运动与沉积应有不同的研究方法,如微纳米颗粒可能需要考虑布朗力,而大颗粒可以忽略,大颗粒可能需要考虑颗粒的形态,     

单相自然循环回路的强化对流传热特性

通过实验对比分析了带有单相自然循环回路元件的铜板与光滑铜板相隔冷热空气逆流换热的换热效果。 结果表明,相同泵耗功情况下,加装单相自然循环回路元件的换热板的换热量是光滑铜板的1.1~1.3倍。在此基础上,本文通过数值模拟进一步对比分析了加装单相自然循环回路元件与相同形状、尺寸的铜翅片换热效果,针对影响自然循环回路传热性能的主要因素,如循环回路高度、横向与轴向倾斜角度、冷热源温差等,进行了数值模拟研究。结果表明：只有当温差超过等效温差点后,自然循环回路元件的换热效果才强于相同形状和尺寸的铜翅片;随着几何尺寸减少以及倾斜角度的增加,自然循环元件与铜翅片的等效温差点随之升高。     

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。     

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.     

Natural convection heat and moisture transfer with thermal radiation in a cavity partially filled with hygroscopic porous medium

This article deals with natural convection heat and moisture transfer with thermal radiation in a cavity partially filled with hygroscopic porous medium. The governing equations for the momentum and heat transfer in both free fluid and hygroscopic porous medium and moisture content transfer in hygroscopic porous medium were solved by the finite element method. The radiative heat transfer is calculated by making use of the radiosity of the surfaces that are assumed to be grey. Comparisons with experimental and numerical results in the literature have been carried out. Effects of thermal radiation and Rayleigh number on natural convection and heat transfer in both free fluid and porous medium and moisture content transfer in porous medium were analyzed. It was found that surface thermal radiation can significantly change the temperature and moisture content fields in the regions of free flow and porous medium. The mean temperature at the interface decreases, the temperature and moisture content gradients are created on the upper two corners of the porous medium region, and the moisture content in the porous medium decreases in the porous medium as Ra increases.     

圆管束中导流器对其自然对流换热的影响

对无限大空间中5根同规格圆管组成的圆管束在管间放置导流器的自然对流换热进行了数值模拟研究。考虑了Ra在10³～10⁴范围内,导流器偏转角为0°～60°,圆管间距为2～4倍圆管直径的自然对流换热,分析了5根圆管的局部Nusselt数（Nu_loc）和平均Nusselt数（Nu_ave）。研究结果表明,导流器对管束结构的自然对流换热影响体现在两方面：一是对导流器下方圆管而言相当于障碍物削弱其换热,二是对导流器上方圆管而言隔绝了下方羽状流的影响,从而增强系统的整体换热。在圆管间距较大时,与无导流器的圆管束相比,C1～C4各圆管换热下降趋势明显放缓,并且从C4、C5圆管换热趋势上升,系统整体换热增强。圆管间距S=2D,Ra=10³,导流器主要起障碍物的作用,削弱C1～C4各圆管换热,导致系统整体换热下降。当导流器偏转角度为45°时系统换热达到最大值,较无导流器时换热最多有着21%的提升。     

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。     

基于全息术的水平偏置椭圆管自然对流换热

采用全息术实验研究水平偏置椭圆管层流自然对流换热,分析了长轴从水平方向到竖直方向不同角度的换热规律,记录了无限大空间水平椭圆管偏置角为0°~90°的干涉图,通过反演椭圆管周围的温度场得到了椭圆管表面的局部和平均Nusselt数。实验结果表明,长轴从水平位置偏置到竖直位置时,换热逐渐增强;长轴位于水平位置和竖直位置时,换热最小值均位于椭圆管上方,最大值则位于椭圆管长轴附近。研究结果与文献中已有的数值和实验结果吻合较好,可为今后热管换热器的设计提供优化方向,也可为工程应用提供检测方法。     

梯度磁场作用下自然对流换热强化

为验证梯度磁场作用下自然对流换热的变化规律,揭示热磁对流现象的机理,利用钕铁硼永磁体构建了楔形梯度磁场空间,并对位于该空间的封闭腔内的氧气自然对流换热进行了实验研究.实验获得了氧气自然对流的激光散斑干涉图像,通过数据处理得到了氧气自然对流的温度场,进而获得了壁面局部Nu分布.结果表明,磁加速度近似与重力加速度方向相同的永磁梯度磁场布置可使氧气自然对流换热过程得到强化.     

永磁梯度磁场布置方式对空气自然对流换热的影响

梯度磁场可用于控制非导电弱磁性介质的自然对流换热过程。利用钕-铁-硼永磁系统的不同空间布置，构建了具有不同磁场强度分布的梯度磁场，通过数值模拟得到了不同永磁梯度磁场的磁场强度和磁加速度。对不同梯度磁场作用下的二维封闭腔内的空气自然对流换热过程进行了数值研究，获得了空气自然对流的流场和温度场，以及壁面局部Nusselt数和平均Nusselt数并进行了比较。结果表明：空气自然对流换热可以通过施加具有不同磁加速度的梯度磁场得到强化或控制。     

凹槽表面的流动与传热特性

采用大涡模拟对底面为凹槽的矩形通道内湍流流动与传热特性进行了研究,为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将平直矩形通道内模拟结果与文献中的直接数值模拟结果进行了比较,换热面Nusselt数与采用Dittus-Boelter公式计算所得Nu进行了比较,计算误差小于5%。以凹槽表面为底面的矩形通道的数值模拟结果表明:通道底面的凹槽结构改变了凹槽表面处流动结构,不同的凹槽高度和长度对流动阻力和换热效果的影响不同,在特定的几何参数下,与平直矩形通道相比,凹槽表面时均Nusselt数提高了近50.5%,时均摩擦阻力系数减小了近35.17%,综合系数增加了73.89%。通道内的流动结构显示:凹槽表面附近存在流体垂直流向壁面区域,在垂直流动区域内流体出现前、后分流,分流位置处Nusselt数增加明显,摩擦阻力系数没有明显增加,其综合流动特性最好。     

The effect of liquid film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube

A numerical analysis was carried out to investigate the effects of film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube. Results for interfacial Nusselt and Sherwood numbers are presented for air-ethanol and air-water systems for various conditions. Predicted results show that heat transfer along the gas-liquid interface is dominated by the transport of latent heat in association with the vaporization of the liquid film. Additionally, the predicted results obtained by including transport in the liquid film are contrasted with those where liquid film transport is neglected, showing that the assumption of an extremely thin film made by Chang et al. (1986) and Yan and Lin (1990) is only valid for systems with small liquid mass flow rates. For systems with a high liquid film Reynolds number, Re₁₀, the assumption of an extremely thin film is seriously in error.