大溫差封閉腔體自然對流數(shù)值模擬.pdf

1、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(jìn)行研究。
　　本文采用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究

2、。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(jìn)行定常數(shù)值模擬研究；同時，對于導(dǎo)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(jìn)行自然對流數(shù)值模擬研究。其次，本文進(jìn)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(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析圓柱表面曲率對自然對流換

3、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(jìn)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(dá)到18%，Boussinesq近似將

4、不能精確地描述流體的流動。同時，在溫差較大（△T>600K）時，自然對流數(shù)值模擬需要考慮導(dǎo)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(yù)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