封閉腔湍流自然對流修正κ-ε模型及其應用.pdf

1、自然對流是由于流體的溫度差或濃度差引起了密度差,在重力或其它力場作用下形成升浮力而產(chǎn)生的一種流體流動和對流傳熱現(xiàn)象。
　　 封閉腔中自然對流由于在建筑節(jié)能、電子元器件的冷卻、太陽能集熱器設計、核反應器設計等領域中的普遍應用而受到了廣泛關注。在過去的幾十年中,為了深入理解封閉腔中自然對流流動與傳熱過程,人們開展了大量的實驗和數(shù)值研究工作,但是封閉腔中湍流自然對流數(shù)值分析的結(jié)果與實驗結(jié)果之間依然存在較大差異。隨著計算機能力和計算方法

2、的發(fā)展,數(shù)值分析方法越來成為不可缺少的研究手段。因此,進一步對封閉腔內(nèi)湍流自然對流模型進行研究非常必要。
　　 己發(fā)表的研究結(jié)果表明無論用高雷諾數(shù)κ-ε模型還是低雷諾數(shù)κ-ε模型對封閉腔內(nèi)湍流自然對流問題進行計算時所得結(jié)果與實驗結(jié)果之間均存在較大差異。本文針對這一現(xiàn)狀開展了一系列工作。
　　 1.為了獲得數(shù)值結(jié)果和實驗結(jié)果產(chǎn)生較大差異的原因,對自然對流和強迫對流從動量傳遞與熱量傳遞之間的比擬關系方面進行了分析。發(fā)現(xiàn)自然對

3、流流動邊界層與溫度邊界層之間不存在比擬關系,從而不能像強迫對流一樣用αt=vt/σt封閉能量方程中的-pcpuiT。
　　 2.提出了一求解封閉腔湍流自然對流換熱的高低混合κ-ε模型,將由該模型所得結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。結(jié)果表明該模型在對湍流自然對流換熱的預測精度上雖達到一定改善,但還需要進一步提高。
　　 3.為了對高低混合κ-ε模型進行進一步改進,提出修正湍流普朗特數(shù)方案σt=1+Pr,并形成湍流修正κ-ε模型。

4、將該模型所得結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比,發(fā)現(xiàn)用修正κ-ε模型在Rα>109條件下獲得封閉腔內(nèi)空氣湍流自然對流換熱的平均Nu數(shù)與實驗值之間的相對偏差平均值降低到了8.43％,同時在108≤Rα≤109時所得結(jié)果與其它文獻中的數(shù)值結(jié)果很接近。
　　 4.將修正κ-ε模型用于蘭州地區(qū)住宅供暖換熱器傳熱特性分析。在滿足室內(nèi)供暖溫度要求的情況下,獲得了外墻類型、室外環(huán)境條件、換熱器面積、鄰室傳熱等因素對換熱器傳熱性能的影響規(guī)律、換熱器表面溫