發(fā)布時間：2017-09-30 08:15

  本文關(guān)鍵詞：大溫差封閉腔體自然對流數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 自然對流 大溫差 Boussinesq近似 表面曲率 數(shù)值模擬

【摘要】：大溫差自然對流換熱在實際工程中有著十分廣泛的應(yīng)用背景。隨著微型化、高能量密度器件的發(fā)展以及對提高能源利用率的要求,使得大溫差下的自然對流換熱問題研究變得日益迫切。由于受到高溫條件的限制,現(xiàn)有針對大溫差自然對流的實驗研究較為困難�，F(xiàn)有研究大多基于數(shù)值模擬的方法,但是大溫差下自然對流數(shù)值計算方法的選擇對計算結(jié)果的精度影響較大,所以本文采用數(shù)值模擬手段對大溫差下封閉腔體自然對流換熱進行研究。本文采用Fluent軟件進行數(shù)值模擬研究。由于在大溫差下自然對流換熱中流體物性隨溫度變化較大,采用定物性方法計算時存在較大的計算精度偏差。首先,本文采用Boussinesq近似、不可壓-理想氣體及密度線性差分三種密度處理方法對大溫差封閉方腔進行定常數(shù)值模擬研究;同時,對于導熱系數(shù)和粘性系數(shù)分別采用物性線性差分和定物性兩種不同物性處理方法進行自然對流數(shù)值模擬研究。其次,本文進一步考慮形狀因子的影響,對實際工程中應(yīng)用較為廣泛的圓柱腔體進行數(shù)值模擬研究,分析圓柱表面曲率對自然對流換熱的影響。最后,本文對大溫差自然對流換熱的瞬態(tài)特性進行初步研究。結(jié)果表明:首先,在溫差較小時(40K~200K)的自然對流中,采用Boussinesq近似方法計算所得結(jié)果與另外兩種方法之間的相對偏差較小,最大偏差不超過5%,同時可以減少計算量,加速收斂;在溫差較大時(200K~1000K),氣體壓縮性和密度變化不可忽略,采用Boussinesq近似方法計算產(chǎn)生的相對偏差隨之增大,最偏差已達到18%,Boussinesq近似將不能精確地描述流體的流動。同時,在溫差較大(?T600K)時,自然對流數(shù)值模擬需要考慮導熱系數(shù)以及粘性系數(shù)隨溫度變化對計算的影響。此外,表面曲率是影響圓柱腔體自然對流換熱的重要因素,其熱壁面平均努賽特數(shù)Nuave會逐漸趨近于方腔;同時,在溫差和表面曲率較大時,基于Boussinesq近似方法的預測存在較大偏差。最后,通過瞬態(tài)數(shù)值模擬研究表明自然對流換熱特性隨時間的依賴特性。本文通過對不同物性處理方法在封閉腔體自然對流數(shù)值模擬中的相對精度的研究,有助于在數(shù)值模擬中提供一定的參考依據(jù),并在工程應(yīng)用與實踐方面具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：自然對流 大溫差 Boussinesq近似 表面曲率 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符號表7-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 腔體自然對流換熱特性研究11-14
• 1.2.2 高溫差自然對流研究14-15
• 1.3 研究內(nèi)容和意義15-17
• 1.3.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 研究意義16-17
• 2 理論基礎(chǔ)17-24
• 2.1 對流換熱理論17-18
• 2.2 自然對流換熱18-21
• 2.2.1 自然對流換熱方程19-20
• 2.2.2 層流與紊流20-21
• 2.2.3 可壓流動與不可壓流動21
• 2.3 數(shù)值計算方法21-24
• 2.3.1 數(shù)值研究方法21-22
• 2.3.2 數(shù)值求解方法簡介22-24
• 3 方腔數(shù)值模擬方法對比分析24-42
• 3.1 數(shù)值模擬方法驗證24-26
• 3.1.1 數(shù)值模擬物理模型24-25
• 3.1.2 數(shù)值求解控制方程25-26
• 3.1.3 數(shù)值求解方法26
• 3.2 數(shù)值方法驗證結(jié)果分析26-29
• 3.2.1 瑞利數(shù)Ra對自然對流換熱的影響26-28
• 3.2.2 溫度場、流線圖分析28-29
• 3.3 溫差 40～1000K下不同處理方法對比29-41
• 3.3.1 不同密度處理方法的影響29-35
• 3.3.2 不同導熱系數(shù)處理方法的影響35-37
• 3.3.3 不同動力粘性系數(shù)處理方法的影響37-39
• 3.3.4 物性參數(shù)處理方法對比分析39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 變曲率圓柱腔體數(shù)值模擬42-51
• 4.1 變曲率圓柱腔體數(shù)值模擬42-44
• 4.1.1 物理模型及邊界條件42
• 4.1.2 控制方程42-44
• 4.2 數(shù)值結(jié)果分析44-49
• 4.2.1 表面曲率對自然對流換熱的影響44-46
• 4.2.2 不同表面曲率和溫差下三種密度處理方法比較46-48
• 4.2.3 溫差和表面曲率對相對偏差影響48-49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 5 瞬態(tài)腔體數(shù)值模擬51-58
• 5.1 控制方程51-52
• 5.2 方腔瞬態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果分析52-55
• 5.2.1 瞬態(tài)腔體溫度與速度分布52-53
• 5.2.2 溫度分布的瞬態(tài)變化53-54
• 5.2.3 熱壁面Nuave瞬態(tài)變化54-55
• 5.2.4 不同溫差下溫度隨時間分布55
• 5.3 圓柱腔體瞬態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果55-56
• 5.3.1 變曲率下Nuave分布55-56
• 5.3.2 變曲率下溫度分布56
• 5.4 本章小結(jié)56-58
• 6 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-65
• 讀研期間取得的研究結(jié)果65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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2 陳禮;矩形空腔內(nèi)多個離散熱源自然對流的數(shù)值分析[J];重慶大學學報(自然科學版);1992年04期

3 朱冬生;徐婷;蔣翔;黃銀盛;漆小玲;;太陽能集熱器研究進展[J];電源技術(shù);2012年10期

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本文編號：947091