封闭方腔自然对流换热的研究
封闭空间内多个发热体的自然对流
封闭空间内多个发热体的自然对流
任泽霈;赵子群;孟桂荣
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】1989(10)4
【摘要】采用数值计算和流动显示方法,对矩形封闭空间内水平放置三根电缆所引起的自然对流,在Gr~*=9.2×10~4—6.5×10~6范围内进行了理论和实验研究。
结果表明,这种情形下的自然对流流动存在着环流。
在低Gr~*数时,在电缆上方形成主环流;随着Gr~*数的增大,在电缆间出现涡流;在Gr~*=6.5×10~6时,电缆间出现成对的涡流。
实验结果表明,硬脂酸锌粉粒是显示空气自然对流流动的比较理想材料。
采用伪非稳态变系数方法是保证计算收敛而又节省机耐的有效方法。
计算结果为设计该类型电缆的最大允许载流量提供了依据。
【总页数】5页(P407-411)
【关键词】封闭;空间;发热体;对流;自然
【作者】任泽霈;赵子群;孟桂荣
【作者单位】清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.内置发热体的封闭方腔自然对流数值研究 [J], 马崇扬;李高峰;王长茂
2.内置发热体的封闭方腔自然对流换热数值模拟 [J], 张敏;晏刚;陶锴
3.封闭空间内小尺度等温竖板自然对流的三维效应 [J], 李娜;李志信;过增元
4.封闭空间内空气自然对流的非线性特性的实验研究 [J], 战乃岩;高青;白利;杨茉
5.矩形封闭空间内湿多孔介质自然对流的非达西效应 [J], 张浙;杨世铭
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lbm 方腔自然对流程序
lbm 方腔自然对流程序自然对流是指在没有外力驱动的情况下，由于温度差异引起的流体运动。
在生活中，我们常常会遇到一些与自然对流有关的现象，比如水壶中的水会因热胀冷缩而产生热气上升的现象，热空气会从窗户朝外流出等等。
而在工程领域，我们需要对自然对流进行深入研究，以便更好地理解和应用这一现象。
为了更准确地模拟和预测自然对流的行为，科学家们开发了许多数学模型和计算方法。
其中，LB（Lattice Boltzmann）方法是一种非常常用的数值计算方法，特别适用于模拟复杂的流体运动。
LB方法将流体看作是由大量微小粒子组成的，通过在空间中构建一个网格来模拟流体的运动。
在这个网格中，每个微小粒子都有一定的速度和密度，并通过碰撞和散射的过程来描述流体的运动。
在研究自然对流的过程中，LB方法可以很好地模拟流体在容器内的温度分布、速度场以及压力场等。
通过调节初始条件和边界条件，我们可以模拟不同温度差异下的自然对流现象。
这对于很多工程问题来说具有非常重要的意义。
比如在建筑物的设计中，我们需要考虑到自然对流的影响，以便优化空调系统的设计，提高能源利用效率。
此外，在电子设备散热和核能工程等领域，自然对流也是一个重要的研究课题。
在实际应用中，LB方法的计算结果与实验结果和其他数值方法的结果进行对比，可以发现其准确性和可靠性。
同时，LB方法还具有较少的计算资源占用和较快的计算速度的优点。
这使得它在工程领域的应用非常广泛。
总之，LB方法是研究自然对流的重要工具之一。
通过模拟自然对流现象，我们可以更好地理解和预测流体的行为，并在工程实践中应用这些知识。
未来，随着计算技术的发展，LB方法还将进一步改进和应用于更多领域，从而促进工程科学的发展。
用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题
严微微 ， 阳２许 友生１ ，刘 一 ， ， ２
（ ． 江师范大学 物理系 ， １浙 浙江 金 华 ３ １ ０ ； ． ２ ０ ４ ２ 香港理 工大学 机械工程 系 ， 香港 九龙 ０ ８ ２ ０５ ）
摘要 ： 用格 子 Ｂ ｌｍａｎ方 法研 究 了方 腔 内二 维 多孔 介 质 由于不 均 匀温度 分布 产 生 的 浮 力效 应 而 ｏｔ ｎ ｚ
如石油资源的开采 、 热交换器的设计、 地下核废料的
排 放 、 造工 艺及 干燥 工艺 等 ， 涉及 到 多孔介 质 的 铸 都
对流和传热． 近十几年来 ， 多孔介质 自然对流传热越 来越引起人们的高度关注 ， 多研究者运用 了不 同 许 的数值方法， 如有限差分法 、 限体积法、 限元法 有 有 等对 它进 行 了大 量 的模 拟 研 究 ， ｉ Ｎｅｄ和 Ｂ ｊｎ１ ｌ ｅａ［Ｊ ｉ 对 此作 了非常系统和全面的综述 ．
２ 热格子 Ｂ ｌ ｍａ ｎ模型 ｏｔ ｎ ｚ
２ １ 模 拟速度 场 的 Ｌ Ｅ ． Ｂ
对于多孔介质 内的 自然对流传热 问题， 可用如
图 １ 多孔介质方腔 自然对流传热示意图
下的格子 Ｂ １ ｍ ｎ 方程来模拟其速度场． ｏ ｚ ａｎ ｔ 如果采 用二维九速（ ９ 模型 ， ＤＱ ） 演化方程为
一
多孔 介 质 内的 对 流 和 传 热 是 自然 界 的一 种 复 杂、 普遍 的现象 ． 在 工 程 实 际 中有着 广 泛 的应 用 ， 它
用另一套 Ｌ Ｅ模拟流体的温度场 ， Ｂ 再把速度场和温 度场通过 Ｂ ｕｓ ｅ 近似方程耦合起来． ｏｓｎｓ ｉ ｑ 本文在 Ｇ ｏ ｕ 等工作 的基础上 ， 运用耦合的 Ｌ Ｍ Ｂ 模 型 ， 拟 了多孔介 质 内的 自然对 流传热 ， 到 了多 模 得 孔介质内流体的流场和温度场 ， 特别讨论 了孔隙度 对多孔介质内自然对流传热 的影响 ， 对变孔隙度 的 自然对流传热问题也进行 了初步的研究和讨论 ．
方腔内自然对流MATLAB程序数值传热学
(2)
其中， 是热扩散系数。 边界条件： 由无滑移边界条件得，四个壁面上的速度均为零，即： un us uw ue 0 。 在热壁面上 T 100 ，在冷壁面上 T 0 ，在上下绝热壁面上处
T 0。 y
数值处理：
区域离散化如图 2 所示。 对于动量守恒方程，在不考虑压力的情况下先计算出一个临时速度
%========================================================================== uu(1:nx+1,1:ny+1)=0.5*(u(1:nx+1,1:ny+1)+u(1:nx+1,2:ny+2)); vv(1:nx+1,1:ny+1)=0.5*(v(1:nx+1,1:ny+1)+v(2:nx+2,1:ny+1));
%==========================================================================
un=0.0; us=0.0; vw=0.0; ve=0.0; Tw=100.0; Te=0.0; T(1,1:ny+1)=100; TT(1,1:ny+1)=100; %========================================================================== u(1:nx+1,1)=2*us-u(1:nx+1,2); u(1:nx+1,ny+2)=2*un-u(1:nx+1,ny+1); v(1,1:ny+1)=2*vw-v(2,1:ny+1); v(nx+2,1:ny+1)=2*ve-v(nx+1,1:ny+1);
方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析
方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析曾和义;董化平;郭赟【摘要】对方腔内液态金属钠层流自然对流换热过程进行了数值模拟,着重分析了不同热边界条件下瑞利数对方腔自然对流换热过程的影响,得到了腔体局部换热系数分布特点及规律.结果表明,当瑞利数较大时,如大于103,瑞利数对方腔内液态金属钠自然对流换热过程的影响非常显著.随着瑞利数逐渐减小,无论是腔体侧边换热系数,还是腔体底边换热系数,均与纯导热情况下计算结果间的偏差逐渐减小,表明腔内换热机理逐渐以导热过程为主.%The numerical simulation was performed on liquid sodium laminar natural convection in square cavity. The distribution characteristics of heat transfer coefficient were obtained, and the effect was emphasized on the analysis of the impact of Rayleigh number upon the natural convective heat transfer process in a square cavity under different thermal boundary conditions. The results show that the liquid sodium natural heat transfer process is greatly influenced by the Rayleigh number when Rayleigh number is large enough. While when Rayleigh number is smaller than, say 103, the distributions of natural convective heat transfer coefficients on both the side walls and the bottom wall of the square cavity are almost the same as those of conductive heat transferprocess, respectively. This means that the mechanisms of heat transfer process mainlydepend on heat conduction under cases with lower Rayleigh number.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2012(046)003【总页数】5页(P305-309)【关键词】液态金属钠;方腔;自然对流换热;数值模拟【作者】曾和义;董化平;郭赟【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610041;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TL331以自然循环为机理的非能动安全技术可极大提高核电站的安全性。
密闭空间内传热的研究
密闭空间内传热的研究【摘要】以矿用救生舱为模型研究了非常规密闭空间的传热性能，模型简化为稳定平壁传热，对其进行简化计算。
建立了高温实验房，采用实验的方法测定救生舱的传热系数，所得的传热系数与理论计算的传热系数进行修正。
以此为依据对密闭空间内的传热提供理论设计依据，并为密闭空间内降温除湿系统提供设计依据。
【关键词】模型；密闭空间；传热系数；修正系数引言我国是资源大国，有着丰富的煤矿资源，同时我国是煤矿安全事故频发的国家。
煤矿事故的发生严重威胁煤矿工人的生命安全，也会造成一定的经济损失。
2010年智利矿难中避难设施的成功应用，促进了我国井下避险系统的建设[1-3]。
煤矿井下瓦斯爆炸通常属于爆燃现象，产生的高温高压气流所造成的危害很大[4]。
因此研究避险设施的传热性能，对整个避险设施的设计具有十分重要的意义。
1.救生舱传热特点1.1 救生舱隔热结构救生舱为钢结构舱体，内部加强筋结构，外加槽钢加强筋，保温采用尼龙66做龙骨，填充聚氨酯发泡保温材料，内层敷设不锈钢板装饰。
在保温层中的尼龙66，一方面能增大舱壁结构强度，另一方面能减少舱壁内部的金属热桥，各层材料的参数为：钢板厚一般为6～8mm，隔热材料一般为40～100mm，不锈钢板一般为0.5～4mm。
外部槽钢加强筋及其他部件在传热计算时忽略。
1-不锈钢板；2-保温层；3-钢板；4-加强筋及其他附属结构1.2 救生舱传热特点救生舱内外为2层金属板，中间填充隔热材料，构成多层混合平壁结构。
整个传热过程中可分为三个阶段。
首先，救生舱外气体通过导热对流和热辐射将热量传递至舱体的外侧表面，此换热环节包括对流换热和辐射换热两种过程，再次，热量由舱外侧表面传导到内侧表面为导热过程，最后，热量由舱壁的内表面传给救生舱内部大气，包含对流换热和辐射换热过程。
由于救生舱舱体结构的复杂性，其传热过程具有以下显著特点：（1）自身反射及蓄热对传热过程的影响存在不可预见性，会造成传热过程更加复杂。
自然对流换热及实验关联式(二类参照)
自然对流换热及实验关联式自然对流是流场温度分布不均匀导致的密度不均匀分布，在重力场的作用下产生的流体运动过程。
而自然对流换热则是流体与固体壁面之间因温度不同引起的自然对流时发生的热量交换过程。
如图 4 － 25 所示的几种自然对流的情况，前三种为大空间自然对流换热，后两种为受限空间的自然对流换热。
在自然界、在现实生活中、以及在工程上，物体的自然冷却或加热都是以自然对流换热的方式实现的。
例如，在偏僻地区，一些平时无人看管的小变电站或电话中继站等，其发热设备往往靠自然对流冷却。
此外，管道、输电线的散热、电子器件的散热、暖气片对室内空气的散热以及海洋环流、大气环流等都与自然对流有关。
由于自然对流换热的换热强度比较弱，尤其是在空气环境下，同时还存在着辐射换热，而且在温度比较高的情况下，辐射换热的强度与自然对流换热的强度处于相同的数量级。
因此，在自然对流换热的实际计算中辐射换热是不可随意忽略的。
一、大空间自然对流的流动和换热特征自然对流与受迫对流最大的不同点在于流体的运动是由于温度差引起的，因而流体与换热是密不可分的。
为了讨论自然对流的流动和换热特征，这里以竖直平板在空气中的自然冷却过程为例来进行分析，如图 4 － 26 所示。
竖直平板在空气中冷却，由于空气的黏度很小，因温度差引起的流体流动的范围十分有限。
在垂直于壁面的方向上流体的速度从壁面处的 u w =0 ，逐步增大到最大值 u max ，再往后又逐步减小到 u ∞ =0 。
这种流体速度变化的区域相对于流体沿着平板上升方向（图中的 x 方向）的尺度是很薄的，因而可以称之为自然对流的速度边界层，其厚度δ (x) 仍然采用受迫对流边界层的约定方法。
它与受迫对流的速度边界层很相似，但也有显著的差别。
主要体现在速度剖面（ y 方向上的速度分布）的不同上，自然对流边界层中速度从零经最大值后在到零值，而受迫对流边界层中速度从零变化到最大值，即来流速度。
与速度边界层同时存在的还有温度发生显著变化的薄层，也就是温度从 t w 逐步变化到环境温度 t ∞热边界层，其厚度与速度边界层大致相当。
高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟
高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟阳祥;陶文铨【摘要】为了推广应用高瑞利数下的自然对流换热技术,有必要对自然对流流动与换热特性进行深入研究.采用不引入人工扰动的直接数值模拟方法,对发生在高宽比为4的封闭腔内的自然对流流动与换热进行了研究,分析了平均温度、平均主流速度、涡量和局部努塞尔数的分布特性.研究结果表明:从静止等温流体初始条件出发,不引入任何人工扰动自然对流可以顺利发展到湍流,节约了计算资源;即便瑞利数等于1010,自然对流的平均温度、平均主流速度、涡量和局部努赛尔数分布都具有边界层型流动和换热的特征;在普朗特数为0.71～500的范围,当封闭腔内自然对流换热出现湍流换热特征时,局部瑞利数处于107～108量级.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)005【总页数】5页(P27-31)【关键词】封闭腔;湍流;自然对流;直接数值模拟【作者】阳祥;陶文铨【作者单位】国家核电技术有限公司北京研发中心,100190,北京;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK124竖直封闭腔内的自然对流是传热与流动学科中的一个经典问题,有很多工程应用背景,如核反应堆中的换热、放射性废料的冷却、房间通风、太阳能集热器和电子器件冷却等。
竖直壁面存在温差的封闭腔内沿高温、低温竖直壁面会分别形成上升流动和下降流动,并且在腔内形成回流,高瑞利数Ra流动会形成层流、过渡和湍流区域。
Tian和Karayiannis对弱湍流自然对流进行了实验研究,首次发表了加热封闭腔内温度等值线分布和速度矢量分布的实验结果[1-2]。
Giel等对几种高宽比的封闭腔内自然对流传热(高Ra)进行了试验研究,测量了速度和温度的平均值和脉动值分布,并进一步获得了脉动速度和温度的频谱图;在分析试验结果的基础上他们认为高宽比大于等于4的封闭腔内发生湍流自然对流时展向的尺寸大小对流动和换热影响很小[3]。
5-9 自然对流换热及实验关联式
u v 0
，从上式可推得
2
u u 1 dp u u v g 2 x y dx y
dp g dx
将此关系带入上式得
引入体积膨胀系数 ：
u u g 2u u v ( ) x y y 2
一般认为，
g tl 3 2 Gr 2 2 2 ul Re2
Gr / Re2 0.1 时，自然对流的影响不能忽略，
而
Gr / Re2 10 时，强制对流的影响相对于自然对流可以
忽略不计。
自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流； 强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流； 这两部分都不包括的中区域为混合对流。
按此式整理的平板散热的结果示于下表。
这里流动比较复杂，不能套用层流及湍流的分类。
二. 有限空间自然对流换热 这里仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然 对流换热，而且推荐的冠军事仅局限于气体夹层。
封闭夹层示意图 ( tw 1
tw 2 )
夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 Gr 数：
当 Gr 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 Gr 2860
g t 3 Gr 2
对水平夹层，当
Gr 2430。
另：随着 Gr 的提高，会依次出现向层流特征过渡的 流动（环流）、层流特征的流动、湍流特征的流 动。 对竖夹层，纵横比
H / 对换热有一定影响。
一般关联式为
常数C和n的值见下表。
注：竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以下 情况： d 35
H
GrH1 / 4
离散热源的自然对流换热数值模拟
离散热源的自然对流换热数值模拟N um erical Si m u lati on of N atu ral Convecti on H eat T ran sfer Inducedby D iscrete H eat Sou rce华泽嘉,徐 焕(东北电力大学,吉林 吉林 132012)摘 要:利用FLU EN T 软件对有离散热源的封闭腔内的自然对流换热进行数值模拟,对不同瑞利数R a 下的自然对流换热的情况进行计算,得出随着R a 的增加,空腔内部的等温线由垂直变为水平,换热逐渐从导热占主导地位变为由对流换热占主导地位,平均努塞尔数N u ave 随着R a 的增加而增加;对于有离散热源的电子元件,为了增加元件的使用寿命,降低经济成本,可采用增加R a 的方法来增加元件内的自然对流换热能力。
关键词:自然对流换热;离散热源;瑞利数;平均努塞尔数Abstract :A num erical study of a natu ral convecti on induced by the discrete heat sou rce in enclo sed cavity is p resen ted by u sing FLU EN T softw are .N um erical resu lts are repo rted fo r the effect of R ayleigh num ber on flow fields ’characteristics and the average N u sselt num ber on the heat sou rce su rface .T he resu lts show that the average N u sselt num ber increases w ith increasing of R a ,the in ternal cavity iso therm s from the vertical in to the level.Gradually ,the heat tran sfer dom inated by conducti on heat tran sfer becom es convecti on .Fo r discrete heat sou rce derived electron ic componen ts ,in o rder to increase componen t life and reduce econom ic co sts ,R a can be emp loyed to enhance the capab ility of natu ral convecti on heat tran sfer .Key words :natu ral convecti on heat tran sfer ;discrete heat sou rce ;R aleigh N um ber ;average N u sselt num ber中图分类号:T K 124 文献标志码:A 文章编号:100925306(2009)0620028203收稿日期:2009209225作者简介:华泽嘉(19832),男,硕士研究生,主要研究方向为电站节能。