相界面與對(duì)流換熱間相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、固液相變問(wèn)題發(fā)生在很多自然現(xiàn)象和工程生產(chǎn)過(guò)程中,又是制冷領(lǐng)域中冰蓄冷技術(shù)的重要研究課題.研究相變機(jī)理和融化界面的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和工程應(yīng)用有重要的實(shí)際意義,多年來(lái)引起了各國(guó)學(xué)者的關(guān)注.在理論上,移動(dòng)界面的追蹤問(wèn)題是計(jì)算流體力學(xué)中一項(xiàng)具有重大意義和富于挑戰(zhàn)性的研究工作.本文采用貼體坐標(biāo)下移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)分析了具有移動(dòng)界面的流動(dòng)融化傳熱問(wèn)題,闡述了移動(dòng)網(wǎng)格法處理這類(lèi)問(wèn)題的通用解法及其步驟,介紹了使用移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足.文中流場(chǎng)的計(jì)算采用

2、控制容積法,控制方程擴(kuò)散項(xiàng)的離散采用中心差分法,對(duì)流項(xiàng)采用QUICK格式,速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的耦合用比較成熟的SIMPLE算法.利用動(dòng)量插值方法解決了同位網(wǎng)格中鋸齒形壓力場(chǎng).利用空間守恒定律處理網(wǎng)格移動(dòng)時(shí)對(duì)雅克比數(shù)進(jìn)行了更新,這樣能夠克服由于網(wǎng)格移動(dòng)產(chǎn)生的人工質(zhì)量源帶來(lái)的計(jì)算不穩(wěn)定的問(wèn)題,并且保證計(jì)算精度.文章先后計(jì)算了經(jīng)典Stefan問(wèn)題、流場(chǎng)中圓柱繞流問(wèn)題、球體繞流問(wèn)題,分別得出了融化規(guī)律曲線(xiàn)、平均和局部Nusselt數(shù)變化曲線(xiàn)、溫度場(chǎng)

3、和速度場(chǎng)的變化規(guī)律曲線(xiàn).結(jié)果表明:對(duì)于經(jīng)典方冰融化(Stefan)問(wèn)題,由于自然對(duì)流的存在,液相區(qū)等溫線(xiàn)沿y軸從上到下溫度梯度略微增加后逐漸減小,在0.7-0.8l處達(dá)到最大,這一數(shù)值上的差別引起熱量傳遞的不均勻和固液邊界的非線(xiàn)性融化.對(duì)于流場(chǎng)中的冰柱與冰球繞流問(wèn)題,分析了不同雷諾數(shù)對(duì)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)以及換熱系數(shù)的影響.在不同的雷諾數(shù)下,由于對(duì)流的作用,流體繞流使冰柱(球)不斷融化,冰柱(球)的迎流方向的融化速度大于背流方向;在迎流