聚合物添加劑對(duì)Rayleigh-Benard湍流對(duì)流熱輸運(yùn)影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在湍流流體中添加微量高聚物可顯著減小湍流作用于壁面的表面摩擦力,但對(duì)高聚物影響湍流Rayleigh-Bénard對(duì)流(簡(jiǎn)稱(chēng)RBC)的研究卻很少,僅見(jiàn)到少量文獻(xiàn)從理論及實(shí)驗(yàn)上對(duì)其進(jìn)行了研究,而所得結(jié)果不盡一致,說(shuō)明了高聚物影響湍流熱對(duì)流熱輸運(yùn)機(jī)理的復(fù)雜性,以及對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)及邊界條件的依賴(lài)性。
　　 本文通過(guò)建立二維RBC模型,基于有限體積法采用雷諾應(yīng)力模型并結(jié)合Cross本構(gòu)方程,數(shù)值研究了在不同的邊界條件下高聚物剪切特性在RBC

2、軟湍流區(qū)(Ra=5×105～4×107)及硬湍流區(qū)(Ra＞4×107)對(duì)其熱輸運(yùn)的影響,綜合研究了高聚物濃度和Ra數(shù)對(duì)湍流RBC熱輸運(yùn)以及流場(chǎng)的影響規(guī)律,尋求熱輸運(yùn)的變化趨勢(shì)以及流場(chǎng)及其邊界層的變化特征,進(jìn)而分析高聚物對(duì)RBC熱輸運(yùn)的作用機(jī)理。
　　 數(shù)值結(jié)果顯示,湍流RBC熱輸運(yùn)增強(qiáng)與否,主要取決于高聚物的特性。在絕熱邊壁的邊界條件下,當(dāng)高聚物剪切特性占主導(dǎo)地位時(shí),高聚物溶液剪切變稀,腔體壁面切應(yīng)力減小,從而促進(jìn)了羽流噴發(fā),大

3、尺度環(huán)流(LargeScaleCirculation,LSC)平均速度增加,而熱量主要由羽流從溫度邊界層注入腔體,并通過(guò)大尺度環(huán)流進(jìn)行傳遞,因此羽流越多,熱通量越大,大尺度環(huán)流速度越大,熱輸運(yùn)越強(qiáng);當(dāng)高聚物彈性響應(yīng)占主導(dǎo)地位時(shí),高聚物與羽流之間的相互作用致使溶液拉伸粘度增加,在一定程度上抑制了羽流的生長(zhǎng),因此可能是造成熱輸運(yùn)減小的原因。
　　 但在無(wú)側(cè)壁影響的條件下,理論研究及模擬結(jié)果顯示,系統(tǒng)熱輸運(yùn)、速度及溫度都相應(yīng)呈指數(shù)增長(zhǎng)