相界面與對流換熱間相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、固液相變問題發(fā)生在很多自然現(xiàn)象和工程生產(chǎn)過程中,又是制冷領域中冰蓄冷技術的重要研究課題.研究相變機理和融化界面的運動軌跡對工業(yè)生產(chǎn)和工程應用有重要的實際意義,多年來引起了各國學者的關注.在理論上,移動界面的追蹤問題是計算流體力學中一項具有重大意義和富于挑戰(zhàn)性的研究工作.本文采用貼體坐標下移動網(wǎng)格技術分析了具有移動界面的流動融化傳熱問題,闡述了移動網(wǎng)格法處理這類問題的通用解法及其步驟,介紹了使用移動網(wǎng)格技術的優(yōu)點和不足.文中流場的計算采用

2、控制容積法,控制方程擴散項的離散采用中心差分法,對流項采用QUICK格式,速度場和壓力場的耦合用比較成熟的SIMPLE算法.利用動量插值方法解決了同位網(wǎng)格中鋸齒形壓力場.利用空間守恒定律處理網(wǎng)格移動時對雅克比數(shù)進行了更新,這樣能夠克服由于網(wǎng)格移動產(chǎn)生的人工質(zhì)量源帶來的計算不穩(wěn)定的問題,并且保證計算精度.文章先后計算了經(jīng)典Stefan問題、流場中圓柱繞流問題、球體繞流問題,分別得出了融化規(guī)律曲線、平均和局部Nusselt數(shù)變化曲線、溫度場

3、和速度場的變化規(guī)律曲線.結果表明:對于經(jīng)典方冰融化(Stefan)問題,由于自然對流的存在,液相區(qū)等溫線沿y軸從上到下溫度梯度略微增加后逐漸減小,在0.7-0.8l處達到最大,這一數(shù)值上的差別引起熱量傳遞的不均勻和固液邊界的非線性融化.對于流場中的冰柱與冰球繞流問題,分析了不同雷諾數(shù)對流場、溫度場、壓力場以及換熱系數(shù)的影響.在不同的雷諾數(shù)下,由于對流的作用,流體繞流使冰柱(球)不斷融化,冰柱(球)的迎流方向的融化速度大于背流方向;在迎流