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《含體積熱源方腔的耦合自然對流換熱數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第6卷第3期熱科學與技術Vol.6No.32007年9月JournalofThermalScienceandTechnologySep.2007文章編號:1671-8097(2007)03-0219-05含體積熱源方腔的相合自然對流換熱數(shù)值模擬占凡毛r/i義7己(南京工業(yè)大學城市建設與安全環(huán)境學院，江蘇南京210009)摘要:對具有內(nèi)熱源方腔的穩(wěn)態(tài)層流禍合自然對流換熱進行了三維的數(shù)值模擬，采用的模擬代碼基于連續(xù)介質(zhì)計算力學的開源庫OpenFoam，解決了自然對流換熱與固體傳熱的禍合問題。對外壁面為常溫、方腔內(nèi)充
2、5滿合體積熱源流體的自然對流計算結(jié)果表明，溫度場、速度場與非糯合的工況有很大差異。Ra的變化從10到910。關鍵詞:自然對流;輯合傳熱;數(shù)值模擬中圖分類號:TK16文獻標識碼:Aojl1建?？涨粌?nèi)的自然對流換熱過程是一種常見的物物理模型見圖1。方腔邊長為D、壁厚為W，理過程。大氣科學、宇航科學、建筑設計、燃燒設計方腔有內(nèi)熱源qv，壁的外表面溫度保持不變?yōu)槿鐮t膛的計算以及太陽能利用工程等領域，都涉Tw。方腔內(nèi)為穩(wěn)態(tài)層流，不考慮輻射。同時密度使及到空腔內(nèi)的自然對流換熱。其中內(nèi)含熱源空腔用Boussinesq近似，其
3、他物性參量為常數(shù)。模型可的自然對流換熱是一種比較復雜的過程，已有很分為流體區(qū)和固體區(qū)，并且假定流體區(qū)僅為自然多文章做了討論，例如Man等研究了帶內(nèi)熱源空對流，固體區(qū)僅為熱傳導。腔內(nèi)的自然對流換熱山，Manab等研究了傾斜角固體度的影響陽，Zhao等討論了同時存在內(nèi)外熱源的z問題[巧，Dong等探討了幾何形狀對自然對流的影響[飛Polat等研究了一側(cè)開口的自然對流情形陽，Sharif分析了壁面運動對自然對流的影響[噸。但是這些討論都是建立在二維基礎之上的，有的還忽略固體壁面的影響，或者很少考慮到在x實際應用中涉及
4、到的流體與固體間的傳熱搞合作圖1系統(tǒng)示意圖用。Liaqat等m的討論考慮了帶內(nèi)熱源的空腔中Fig.1Schematicdiagramofphysicalsituation的層流自然對流過程與壁面的傳熱搞合。但是這種討論還是立足于二維，其結(jié)果對工程應用和實1.1控制方程踐缺少指導意義。流體區(qū):本文利用由英國帝國大學的研究小組開發(fā)的友J.av.aw一十一+一aX'ay'az7=0(1)連續(xù)介質(zhì)計算力學的類庫OpenFoam，在三維基友I友I友l友Jap礎上對自然對流與固壁的搞合傳熱問題進一步討一+U一+V一十W一=
5、一一+ar'~ax"ay'''azax'論，希望能得到更具實踐意義的結(jié)果。萬立市l(wèi)2U(2)CRaPr)215收稿日期2007-04-13;修回日期:2007-05-19.作者簡介z殷亮0978λ男，碩士，助教.主要研究方向為工程熱物理、數(shù)值計算.220熱科學與技術第6卷av.~.av~~av....avap一十dr'~aX"aY"'azU一十V一+W一=一-十a(chǎn)YNuo=扣1λN川燦Tu均4句l仇Uνla儼aν盧a=fdAP烏π~;72V(3)(RaPr)2/5aw,~.aw,~~J研1,...awap定義
6、導熱系數(shù)比:K=言，熱擴散系數(shù)比:A--十U一一+v一-十W一一=一一十a(chǎn)X"az'''azazasP烏冗~;72W(4)af(RaPr)Z!5搞合方程組的解取決于5個元量綱的量，它éi).~.éi},~.éi}礎。，.一十U一十V一十w;-:,=(RaPr)Z!5''N)+們分別是Ra，Pr，W/D，K和A。本文取Pr=dr'~aX"ay'''az7.0(水)、W/D=0.05(不變)，討論Ra值從105(RaPr)一1/5(5)9至10的情形。并根據(jù)不同的K和A值討論了3種固體區(qū):M-k仇一向l-P情況，
7、見表1。算例3為非搞合工況，算例2的K和一Vnσpo-PA-G-rA值比算例l大得多，從而讓它們相互形成對比。方程的無量綱化用到的元量綱參數(shù)為表13種算例的安排(x,.y,z)Tab.lThreecasesanalysedforconjugateproblem(X,Y,Z)=一首一工況KA特征(u(U，V，ω),v,w)=川流體和固體的熱傳導、熱擴散相同(ar/D)CRaPr)2/522124流體是水、固體是不銹鋼T-Twafθ=丁Tτ=FRapr)2/53不考慮固體的非搞合情況kT飛咱T飛2p=-^.l'.L
8、../...1,../::"T=__'1~parCRaPr)4/5'是f(RaPr)1/52.2數(shù)值計算算法g盧qvD51)求解流體區(qū)域。以Dirichlet邊界條件處理G一一-一一Pr=...:::...(7)kfafVaf流體與固體的邊界，方程組求解采用PISO算法，式中:U，V、τu為x，y、z方向的速度;as、af為固體先求解壓力和速度方程，而后求解溫度方程。和流體的熱擴散系數(shù)
