豎直同心套管內(nèi)多孔介質(zhì)中復(fù)合對流傳熱的數(shù)值研究.pdf

1、多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)常見于自然界和工業(yè)過程,涉及水利、地質(zhì)、化工、環(huán)境等諸多領(lǐng)域,隨著核工業(yè)及電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,多孔介質(zhì)中的復(fù)合對流傳熱引起眾多研究者的關(guān)注.采用SIPMLE方法對豎直同心套管內(nèi)多孔介質(zhì)中的復(fù)合對流傳熱進(jìn)行了數(shù)值研究,考察了外內(nèi)徑比為2的套管環(huán)隙內(nèi)熱浮力與主流同向和反向兩種情況下,壁面以等熱流密度加熱(冷卻),恒溫加熱(冷卻)以及絕熱等不同條件組合時的流動及傳熱特性.計算結(jié)果顯示:(1)在內(nèi)壁面等熱流密度,外壁面絕熱情況下

2、,加熱(Gr>0)時速度峰值向內(nèi)壁面偏移,外壁側(cè)流速減小;而冷卻時速度峰值則向外壁偏移,內(nèi)壁流速減小并出現(xiàn)逆向回流.摩擦阻力的變化趨勢與速度類似,在產(chǎn)生逆向流處出現(xiàn)局部極小值.內(nèi)壁面努塞爾數(shù)Nu在加熱時大于強(qiáng)制對流時的情形,且隨著格拉曉夫數(shù)Gr增大而增大;冷卻時的Nu數(shù)卻小于強(qiáng)制對流的情形,在Gr數(shù)較小時產(chǎn)生逆向流時出現(xiàn)極小值.Nu數(shù)隨達(dá)西數(shù)Da的增大而增大.(2)在內(nèi)壁面恒溫,外壁面絕熱情況下,套管的水力進(jìn)口段長度和熱進(jìn)口段長度與等熱

3、流密度—絕熱情況相比大大延長.加熱與冷卻下的速度分布在流動達(dá)到充分發(fā)展后與強(qiáng)制對流(Gr=0)時的速度分布一致.內(nèi)外壁面的摩擦阻力在達(dá)到最大(最小)值后逐漸趨于強(qiáng)制對流下的摩擦阻力.在進(jìn)口段初期,冷卻下的溫度分布受自然對流的影響較大,Gr數(shù)較小時,溫度線出現(xiàn)交叉.加熱下的努塞爾數(shù)單調(diào)下降,并在Gr數(shù)較高時出現(xiàn)局部峰值.冷卻時的努塞爾數(shù)先降至最小值,然后逐漸回升至恒定值.Da數(shù)增大時,流體的對流作用明顯,內(nèi)壁面努塞爾數(shù)增大.當(dāng)Da數(shù)越小時

4、,充分發(fā)展后的速度分布曲線越平坦,當(dāng)Da=10<'-4>時,速度分布接近于湍流的速度分布.(3)在內(nèi)外壁面均為恒溫情況下,|Gr|較大時,加熱與冷卻時流體均出現(xiàn)了逆向回流,且在軸向一直保持S形速度分布.內(nèi)外壁面的摩擦阻力系數(shù)變化相似,但因不同Gr數(shù)的影響趨于不同的恒定值.內(nèi)壁面努塞爾隨著Z的增加而降低,隨著Gr數(shù)的增大而增大,在Gr數(shù)較小時,產(chǎn)生局部峰值.外壁面努塞爾數(shù)隨著Z的增加而增大,在Z<1.83時,冷卻下的努塞爾數(shù)高于加熱時的努