環(huán)境風(fēng)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)以及建筑節(jié)能等。對(duì)腔體熱損失特性的研究不僅可以豐富熱損失機(jī)理,還可以為實(shí)際工程應(yīng)用中腔體的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。
　　本課題在考慮物性變化的基礎(chǔ)上,對(duì)環(huán)境風(fēng)下一側(cè)全開的圓柱形腔體耦合(導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射)熱損失特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬過程與相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。該研究分別在以下兩種熱邊界條件下進(jìn)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(dòng)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(shí)探討了相關(guān)參數(shù)如風(fēng)速、風(fēng)向角、腔體傾角和熱流密度對(duì)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(cè)給定參數(shù)范圍內(nèi)對(duì)流熱損失和輻射熱損失的努謝爾特?cái)?shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。
　　研究表明,在兩種熱邊界條件下,環(huán)

3、境風(fēng)均會(huì)對(duì)腔體內(nèi)流動(dòng)和傳熱特性產(chǎn)生重要影響,腔體內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)都與無環(huán)境風(fēng)條件下差異較大。有環(huán)境風(fēng)條件下,對(duì)流熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nuc總是大于相同條件下無環(huán)境風(fēng)時(shí)的Nuc,而輻射熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nur總是小于相同條件下無環(huán)境風(fēng)時(shí)的Nur。與無環(huán)境風(fēng)條件下對(duì)流熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nur隨腔體傾角的變化單調(diào)的變化不同,有環(huán)境風(fēng)條件下對(duì)流熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nur受到風(fēng)向

4、角、風(fēng)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(fēng)條件下,腔體傾角一定時(shí),存在臨界風(fēng)向角使對(duì)流熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nur達(dá)到極值。此外,當(dāng)φ=90°時(shí),風(fēng)速的大小決定了對(duì)流熱損失平均努謝爾特?cái)?shù)Nuc和輻射熱損失平均努謝爾特?cái)?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(fēng)向角、風(fēng)速、腔體傾角以及熱流密度下,全面加熱時(shí)腔體內(nèi)平均溫度比底面加熱時(shí)高,且全面加熱時(shí)同一位置處