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文檔簡介
1、多孔腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱現(xiàn)象普遍存在于自然界及工程應(yīng)用領(lǐng)域中,例如太陽墻系統(tǒng)中換熱、集熱過程,電子元器件散熱,土壤源熱泵中換熱器埋管匹配問題等。由于受到多孔腔體孔隙結(jié)構(gòu)隨機(jī)性及流-固界面的高度復(fù)雜性影響,阻礙了人們?cè)敿?xì)地探究孔隙內(nèi)部流體對(duì)流傳熱規(guī)律,因此尋找一個(gè)合理、高效的研究方法顯得尤為關(guān)鍵。近年來,格子 Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method,LBM)以其物理背景清晰、邊界處理容易、數(shù)值精度高等優(yōu)勢(shì),
2、成功應(yīng)用于多尺度復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)下多孔腔體內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱領(lǐng)域的研究,模擬效果很好。
采用 LBM對(duì)介觀尺度下多孔腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱問題進(jìn)行數(shù)值模擬研究,通過理論分析,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及物理模型,分析了多孔腔體內(nèi)流體流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱壁面上平均Nusselt數(shù)及局部Nusselt數(shù)的分布規(guī)律。
首先,討論了局部熱活躍邊界下豎直多孔腔體內(nèi)自然對(duì)流問題,選取6種不同局部熱活躍邊界布置方式,分別為Top-Top、M idd l
3、e-M idd le、Bo tto m-M idd le、Middle-Top、Bottom-Bottom、Bottom-Top,討論不同局部熱活躍邊界布置方式對(duì)豎直多孔腔體內(nèi)流體自然對(duì)流傳熱特性的影響。數(shù)值結(jié)果表明:熱活躍邊界位置對(duì)腔體內(nèi)對(duì)流傳熱影響較大,加熱邊界布置在底部、冷卻邊界布置在頂部(Bottom-Top布置方式),對(duì)多孔腔體內(nèi)對(duì)流傳熱最有利,并且優(yōu)于全熱邊界布置方式的傳熱效果。
其次,討論了粗糙壁面邊界下豎直多孔
4、腔體內(nèi)自然對(duì)流問題,壁面粗糙元分布采用CASE A、CASE B及Smooth三種方式,通過改變粗糙元個(gè)數(shù)n及高度A值改變壁面粗糙度,其中n=2、4、6,A=0.5、1.0、1.5。系統(tǒng)地討論了孔隙度ε、達(dá)西數(shù)Da、瑞利數(shù)Ra等參數(shù)對(duì)腔體內(nèi)流體對(duì)流傳熱特性的影響。結(jié)果表明:CASE A、CASE B方式與Smooth方式相比,當(dāng)n=6、Ra=106時(shí),熱壁面上平均Nusselt數(shù)值分別減少了11.87%、19.80%;當(dāng)A=1.5、Ra
5、=106時(shí),熱壁面上平均Nusselt數(shù)值分別減少了9.50%、20.40%。在相同參數(shù)下,CASE B方式的熱壁面上平均Nusselt數(shù)值減少量是CASE A方式對(duì)應(yīng)數(shù)值的近似兩倍關(guān)系。
再次,討論了傾斜多孔腔體內(nèi)流體自然對(duì)流傳熱特性。研究了內(nèi)置高溫方塊的腔體內(nèi)流固耦合傳熱問題,設(shè)置高溫方塊的尺寸分別為0.4、0.5、0.6,得到腔體內(nèi)流線、等溫線的分布規(guī)律。由于 L BGK模型的精度較低、收斂速度較慢,建立了多松弛MRT-
6、LBM模型,分析了Ra*數(shù)( Ra*=Da·Ra)、傾角θ等參數(shù)對(duì)自然對(duì)流傳熱的影響規(guī)律。結(jié)果表明:熱壁面上平均Nusselt數(shù)隨傾角增加呈現(xiàn)“M”型分布特性,平均Nusselt數(shù)分布曲線關(guān)于傾角θ=90°對(duì)稱,并在傾角θ=90°處取得極小值,傾角變化的兩端取得最小值;不同孔隙度ε、Ra數(shù)時(shí),取得最大值對(duì)應(yīng)的傾角θ不同。通過曲線擬合,得出熱壁面上平均Nusselt數(shù)與 Ra*數(shù)的冪函數(shù)關(guān)系式。
最后,總結(jié)了全文的研究問題,并展
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