聚合物添加劑對Rayleigh-Benard湍流對流熱輸運影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在湍流流體中添加微量高聚物可顯著減小湍流作用于壁面的表面摩擦力,但對高聚物影響湍流Rayleigh-Bénard對流(簡稱RBC)的研究卻很少,僅見到少量文獻從理論及實驗上對其進行了研究,而所得結果不盡一致,說明了高聚物影響湍流熱對流熱輸運機理的復雜性,以及對系統(tǒng)各參數(shù)及邊界條件的依賴性。
　　 本文通過建立二維RBC模型,基于有限體積法采用雷諾應力模型并結合Cross本構方程,數(shù)值研究了在不同的邊界條件下高聚物剪切特性在RBC

2、軟湍流區(qū)(Ra=5×105～4×107)及硬湍流區(qū)(Ra＞4×107)對其熱輸運的影響,綜合研究了高聚物濃度和Ra數(shù)對湍流RBC熱輸運以及流場的影響規(guī)律,尋求熱輸運的變化趨勢以及流場及其邊界層的變化特征,進而分析高聚物對RBC熱輸運的作用機理。
　　 數(shù)值結果顯示,湍流RBC熱輸運增強與否,主要取決于高聚物的特性。在絕熱邊壁的邊界條件下,當高聚物剪切特性占主導地位時,高聚物溶液剪切變稀,腔體壁面切應力減小,從而促進了羽流噴發(fā),大

3、尺度環(huán)流(LargeScaleCirculation,LSC)平均速度增加,而熱量主要由羽流從溫度邊界層注入腔體,并通過大尺度環(huán)流進行傳遞,因此羽流越多,熱通量越大,大尺度環(huán)流速度越大,熱輸運越強;當高聚物彈性響應占主導地位時,高聚物與羽流之間的相互作用致使溶液拉伸粘度增加,在一定程度上抑制了羽流的生長,因此可能是造成熱輸運減小的原因。
　　 但在無側壁影響的條件下,理論研究及模擬結果顯示,系統(tǒng)熱輸運、速度及溫度都相應呈指數(shù)增長