側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的空氣自然對(duì)流.pdf

1、溫差驅(qū)動(dòng)下的自然對(duì)流廣泛存在于自然界和工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)其的研究構(gòu)成了流體力學(xué)的重要組成部分。作為分析溫差驅(qū)動(dòng)下自然對(duì)流的經(jīng)典物理模型，側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的自然對(duì)流因?yàn)槟軌蛘鎸?shí)地反映工業(yè)中的大量流動(dòng)而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。側(cè)加熱分隔腔內(nèi)自然對(duì)流研究最重要的問(wèn)題是分析影響腔內(nèi)流動(dòng)與傳熱的因素。以往的研究確定了影響腔內(nèi)流動(dòng)與傳熱的三個(gè)主要無(wú)量綱控制參數(shù)，即瑞利數(shù)、腔體高寬比、普朗特?cái)?shù)，并得到了流動(dòng)發(fā)展過(guò)程中的諸多瞬態(tài)特性。但流動(dòng)隨瑞利數(shù)和高寬比共

2、同變化的規(guī)律尚有待深入分析，尤其是當(dāng)二者在大范圍內(nèi)變化時(shí)腔內(nèi)空氣介質(zhì)的流動(dòng)與傳熱特性仍需進(jìn)一步討論。因此，本文著重分析了瑞利數(shù)和高寬比在大范圍內(nèi)變化對(duì)側(cè)加熱分隔腔內(nèi)自然對(duì)流的影響，以期深化對(duì)于流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識(shí)并更好地指導(dǎo)工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。
　　本文借助有限元方法對(duì)二維側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的空氣自然對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了1×105≤Ra≤1×1011、0.2≤A≤4范圍內(nèi)流動(dòng)與傳熱對(duì)控制參數(shù)的依賴。數(shù)值模擬結(jié)果顯示瑞利數(shù)是影響并控制

3、腔內(nèi)流動(dòng)與傳熱的最主要因素。對(duì)于低瑞利數(shù)如Ra=1×105工況，腔內(nèi)對(duì)流發(fā)展極其緩慢，邊界層內(nèi)的流動(dòng)微弱。低瑞利數(shù)下的對(duì)流發(fā)展經(jīng)歷兩個(gè)階段:前期隔板附近空氣保持豎向分布并沿水平方向自隔板向腔體中心區(qū)域平行推進(jìn)，后期沿腔體水平邊界形成入侵氣團(tuán)并直接填充腔體核心區(qū)域。高瑞利數(shù)下，流動(dòng)經(jīng)歷了初始階段、過(guò)渡階段和定?；驕?zhǔn)定常階段三個(gè)發(fā)展過(guò)程。瑞利數(shù)越高，流速越大，瞬態(tài)對(duì)流越明顯，傳熱效率越高。當(dāng)瑞利數(shù)達(dá)到Ra=1×1011時(shí)，流動(dòng)最終出現(xiàn)邊界層