環(huán)境風下一側(cè)全開式圓柱形腔體耦合熱損失特性的數(shù)值模擬.pdf

1、腔體熱損失機理在工程上的應(yīng)用廣泛,如太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、飛行器的制動系統(tǒng)以及建筑節(jié)能等。對腔體熱損失特性的研究不僅可以豐富熱損失機理,還可以為實際工程應(yīng)用中腔體的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。
　　本課題在考慮物性變化的基礎(chǔ)上,對環(huán)境風下一側(cè)全開的圓柱形腔體耦合(導(dǎo)熱、對流、輻射)熱損失特性進行三維數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬過程與相關(guān)實驗進行了對比驗證。該研究分別在以下兩種熱邊界條件下進行:全面加熱(腔體底面和側(cè)面均加以恒定熱流,Case1);底面

2、加熱(腔體底面加以恒定熱流,側(cè)面絕熱,Case2)。文中給出了可以直觀反映腔體內(nèi)部及開口附近流動和傳熱特性的可視化結(jié)果,如腔體內(nèi)的溫度分布云圖、速度矢量圖及開口面的速度等值線圖等。同時探討了相關(guān)參數(shù)如風速、風向角、腔體傾角和熱流密度對腔體內(nèi)耦合熱損失特性的影響規(guī)律。相應(yīng)地,在大量數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,分別提出了在兩種熱邊界條件下可預(yù)測給定參數(shù)范圍內(nèi)對流熱損失和輻射熱損失的努謝爾特數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。
　　研究表明,在兩種熱邊界條件下,環(huán)

3、境風均會對腔體內(nèi)流動和傳熱特性產(chǎn)生重要影響,腔體內(nèi)溫度場和速度場都與無環(huán)境風條件下差異較大。有環(huán)境風條件下,對流熱損失平均努謝爾特數(shù)Nuc總是大于相同條件下無環(huán)境風時的Nuc,而輻射熱損失平均努謝爾特數(shù)Nur總是小于相同條件下無環(huán)境風時的Nur。與無環(huán)境風條件下對流熱損失平均努謝爾特數(shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特數(shù)Nur隨腔體傾角的變化單調(diào)的變化不同,有環(huán)境風條件下對流熱損失平均努謝爾特數(shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特數(shù)Nur受到風向

4、角、風速及腔體傾角等因素的綜合影響,變化規(guī)律較復(fù)雜。在某些環(huán)境風條件下,腔體傾角一定時,存在臨界風向角使對流熱損失平均努謝爾特數(shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特數(shù)Nur達到極值。此外,當φ=90°時,風速的大小決定了對流熱損失平均努謝爾特數(shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特數(shù)Nur的大小。
　　在兩種熱邊界條件下熱損失特性不同的是,在相同風向角、風速、腔體傾角以及熱流密度下,全面加熱時腔體內(nèi)平均溫度比底面加熱時高,且全面加熱時同一位置處