基于變物性影響的一側(cè)全開式圓柱形腔體內(nèi)傳熱特性的數(shù)值模擬.pdf

1、不同加熱邊界開口腔體內(nèi)熱損失(傳熱)特性的研究廣泛地應(yīng)用于電子器件冷卻、蓄熱工程、建筑節(jié)能和其它一些動力工程領(lǐng)域，尤其是太陽能腔式吸熱器。太陽能腔式吸熱器是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中由太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能的關(guān)鍵部件，通過吸熱器腔體的熱損失主要由腔體采光口對流熱損失、腔體內(nèi)表面通過采光口的輻射熱損失以及腔體外壁所覆蓋保溫層的導(dǎo)熱損失等組成，分析計算這些熱損失對提高腔式吸熱器熱性能顯得尤其重要。
　　 本課題借助數(shù)值模擬手段，在均勻壁面熱流

2、條件下，對基于變物性和壁面熱輻射影響的圓柱形腔體內(nèi)的熱損失(傳熱)特性進(jìn)行研究，通過求解圓柱形腔體內(nèi)部以及腔體壁面和保溫層的控制方程，得到圓柱形腔體內(nèi)的溫度與速度分布，分析腔體傾角、熱流密度、表面發(fā)射率以及深徑比Ar等對腔體內(nèi)傳熱特性的影響，并獲得了相關(guān)傳熱關(guān)聯(lián)式；同時對是否考慮輻射時在不同加熱邊界下腔體內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行對比，三種加熱邊界分別為：(i)只有底面加熱；(ⅱ)只有側(cè)面加熱；(iii)底面和側(cè)面同時加熱。
　　 研究表

3、明，在熱流密度較小不考慮輻射熱損失時，隨著腔體壁面熱流密度增大，腔體內(nèi)壁面上平均溫度將升高，平均努賽爾特數(shù)增加；隨著腔體傾角的增大，平均努賽爾特數(shù)減小。定熱流下的圓柱形腔體內(nèi)和開口面的溫度和速度分布、腔體內(nèi)壁平均溫度、離開口面不同距離的腔體軸向不同截面上的周向最高溫度與最低溫度之差(周向溫差)、底面與側(cè)面的平均溫差、腔體內(nèi)壁的平均努賽爾特數(shù)等自然對流特性不僅受到熱流密度和腔體傾角的影響，還要受到腔體壁面加熱邊界的影響；特別是只有底面加熱

4、的工況i與都存在側(cè)面加熱的工況ii和iii相比，其自然對流特性相差較大。
　　 考慮輻射熱損失時，熱流密度，腔體傾角、深徑比以及表面發(fā)射率均會對對流熱損失平均努賽爾特數(shù)Nuc和輻射熱損失平均努賽爾特數(shù)Nur產(chǎn)生一定的影響，呈現(xiàn)出不同的增大或減小規(guī)律；在總熱損失一定時，隨著傾角的增加，導(dǎo)熱和輻射熱損失都增加，自然對流熱損失下降；且其中的導(dǎo)熱和輻射熱損失比例相對大小與總熱損失大小有關(guān)。
　　 在加熱量、深徑比和表面發(fā)射率均相

5、同時，在不同的腔體傾角下，工況ii時腔體內(nèi)溫度分布最均勻；腔體壁面平均溫度和腔體底面與側(cè)面的平均溫差在工況i最大，工況iii次之，工況ii時最??；Nuc和Nur在工況ii時大于工況i和工況iii。在加熱量、腔體傾角、表面發(fā)射率相同時，在不同深徑比下，腔體壁面平均溫度在工況i時最大，工況iii次之，工況ii最小；腔體底面與側(cè)面的平均溫差在工況i時比工況ii和工況iii大得多。三種工況對應(yīng)的Nuc相差很小，而工況i的Nur在小深徑比時略大于