具有表面輻射的部分填充多孔介質(zhì)的復(fù)合腔體內(nèi)高瑞利數(shù)自然對(duì)流傳熱研究.pdf

1、山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文題目具有表面輻射的部分填充多孔介質(zhì)的復(fù)合腔體內(nèi)高瑞利數(shù)自然對(duì)流傳熱硼究國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No51276102)計(jì)：學(xué)位論文51頁(yè)表格8個(gè)插圖19幅評(píng)閱人：指導(dǎo)教師：學(xué)院院長(zhǎng)：學(xué)位論文完成日期：蘭山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要自然對(duì)流傳熱現(xiàn)象廣泛存在于自然界和實(shí)際工程中，其中多孔介質(zhì)與流體區(qū)域組成的復(fù)合封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱應(yīng)用到更多領(lǐng)域：在建筑環(huán)境和建筑節(jié)能領(lǐng)域，進(jìn)行室內(nèi)舒適度評(píng)估時(shí)，具有多孔性質(zhì)的外圍護(hù)結(jié)

2、構(gòu)的建筑室內(nèi)的溫度分布和氣流形態(tài)是兩個(gè)重要指標(biāo)；另外，建筑墻體的厚度也會(huì)影響到室內(nèi)熱濕環(huán)境，選擇最佳墻體厚度就是一種有效的節(jié)能措施；工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，涉及到工業(yè)烘干，催化生產(chǎn)，核工程和農(nóng)業(yè)谷物存儲(chǔ)等相關(guān)領(lǐng)域。鑒于多孔介質(zhì)與流體區(qū)域組成的自然對(duì)流傳熱機(jī)理有如此廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，無(wú)論是從科學(xué)研究還是工程應(yīng)用來(lái)看，對(duì)其的探究有重要的意義。實(shí)際工程應(yīng)用中，涉及到的空間多數(shù)為大尺度區(qū)域，因此流體的自然對(duì)流流動(dòng)形態(tài)為高瑞利數(shù)流動(dòng)。本文把具有外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

3、的建筑室看成填充多孔介質(zhì)封閉腔體，采用多孔介質(zhì)和空氣自由流動(dòng)的雙區(qū)域物理模型，基于純流體和多孔介質(zhì)流動(dòng)傳熱理論，建立了考慮壁面熱輻射的流體區(qū)域和多孔介質(zhì)區(qū)域的非穩(wěn)態(tài)動(dòng)量、能量方程，并對(duì)所建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證。采用有限元的方法對(duì)部分填充多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)具有壁面熱輻射的高Rayleigh數(shù)自然對(duì)流傳熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究了Ra(高Rayleigh數(shù)和低Rayleigh數(shù))對(duì)自然對(duì)流和傳熱的影響，尤其是高瑞利數(shù)的影響。其次，分析了各種表

4、面發(fā)射率島條件下的腔體近壁面邊界層和溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的分布，討論了表面發(fā)射率對(duì)自然對(duì)流和傳熱的影響。對(duì)不同厚度的多孔介質(zhì)條件下復(fù)合腔體內(nèi)部的流動(dòng)和傳熱規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析多孔介質(zhì)厚度對(duì)腔體內(nèi)的自然對(duì)流和傳熱的影響。然后，對(duì)絕熱上壁面和非絕熱上壁面對(duì)復(fù)合腔體內(nèi)部自然對(duì)流傳熱進(jìn)行了模擬研究，分析了兩種途徑下復(fù)合腔體內(nèi)部的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)。最后，研究了當(dāng)夏季、冬季室外環(huán)境相差較大時(shí)，復(fù)合腔體內(nèi)部空氣的流動(dòng)規(guī)律和溫度分布，討論了冬季取暖、夏季制冷時(shí)

5、計(jì)算負(fù)荷依據(jù)的差異。分析數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高瑞利數(shù)(Ra=108、109、1010)流體同低瑞利數(shù)(Ra=104、105、106)一樣，隨著砌的增大，自然對(duì)流傳熱作用增強(qiáng)，將Ra=106與Ra=1010比較發(fā)現(xiàn)，溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布差距較大，高瑞利數(shù)的腔體內(nèi)溫度分布均勻，流線分布更有規(guī)則，對(duì)流和傳熱作用也較顯著。邊界層明顯變薄，多孔介質(zhì)區(qū)域和流體區(qū)域交界面處的平均對(duì)流努塞爾數(shù)很好的佐證了這一點(diǎn)。壁面熱輻射的存在減弱了自然對(duì)流作用，使近壁面