梯形截面通道不對稱加熱時熱力性能三維數(shù)值模擬.pdf

1、由于梯形截面通道的換熱廣泛存在于工程應(yīng)用中，例如水冷系統(tǒng)。近年來已有相關(guān)學(xué)者對梯形截面通道內(nèi)的流動和傳熱特性進(jìn)行了廣泛的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。目前對梯形截面通道的熱力性能進(jìn)行的研究，都是針對梯形截面通道內(nèi)層流和湍流四面加熱對流換熱特性的研究。而有關(guān)梯形截面通道不對稱加熱時的對流換熱性能研究還未見相關(guān)文獻(xiàn)報道，因此本課題的研究具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文在有關(guān)非圓形截面通道內(nèi)流動和換熱特性的研究成果的基礎(chǔ)上，建立

2、物理模型和數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用成熟的商業(yè)軟件Fluent6.2，對以水為工質(zhì)的梯形截面通道在恒熱流不對稱加熱時，對流換熱過程處于層流和紊流時的熱力性能進(jìn)行三維數(shù)值模擬。研究層流雷諾數(shù)Re范圍為150-1500，湍流雷諾數(shù)Re范圍為2×104-3×104；幾何尺寸包括底面夾角θ，范圍為60°-85°，無因次結(jié)構(gòu)參數(shù)b/a（a為梯形截面通道上底，b為高），范圍為1/4-4/3。詳細(xì)討論了梯形截面通道一面、兩面以及三面不對稱加熱三種情況下不同截面上

3、的溫度場分布和速度場分布以及結(jié)構(gòu)參數(shù)b/a、夾角θ和雷諾數(shù)Re對換熱系數(shù)的影響。計(jì)算結(jié)果表明：
　　 ①不對稱加熱時梯形截面通道的軸向截面平均努賽爾特數(shù)Num隨結(jié)構(gòu)參數(shù)b/a的變化規(guī)律與四面加熱的情況有明顯不同。在非入口段區(qū)域，三面加熱時當(dāng)b/a=3/4時，Num最小；兩面加熱時，隨著b/a的增大，Num增大；單面加熱時，隨著b/a的增大，Num減小。
　　 ②梯形截面通道不對稱加熱時層流換熱的溫度分布最先從壁面開始升高

4、，角部出現(xiàn)熱集中，夾角處溫度升高較快，且溫度分布關(guān)于中心對稱；入口段截面上的速度分布不均勻，當(dāng)達(dá)到通道1/3以后可以發(fā)現(xiàn)速度分布不再有明顯的變化。
　　 ③梯形截面通道不對稱加熱層流換熱與四面加熱層流換熱性能比較，可以看出兩面加熱時，Num相差最大，特別是當(dāng)θ=85°，b/a=1/4時差別高達(dá)46.98％，當(dāng)θ=75°，b/a=4/3時差別最小，為0.92％。
　　 ④梯形截面通道三面加熱湍流換熱的速度分布與四面加熱時相