側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的空氣自然對流.pdf

1、溫差驅(qū)動下的自然對流廣泛存在于自然界和工業(yè)領(lǐng)域，對其的研究構(gòu)成了流體力學(xué)的重要組成部分。作為分析溫差驅(qū)動下自然對流的經(jīng)典物理模型，側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的自然對流因為能夠真實地反映工業(yè)中的大量流動而受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。側(cè)加熱分隔腔內(nèi)自然對流研究最重要的問題是分析影響腔內(nèi)流動與傳熱的因素。以往的研究確定了影響腔內(nèi)流動與傳熱的三個主要無量綱控制參數(shù)，即瑞利數(shù)、腔體高寬比、普朗特數(shù)，并得到了流動發(fā)展過程中的諸多瞬態(tài)特性。但流動隨瑞利數(shù)和高寬比共

2、同變化的規(guī)律尚有待深入分析，尤其是當(dāng)二者在大范圍內(nèi)變化時腔內(nèi)空氣介質(zhì)的流動與傳熱特性仍需進(jìn)一步討論。因此，本文著重分析了瑞利數(shù)和高寬比在大范圍內(nèi)變化對側(cè)加熱分隔腔內(nèi)自然對流的影響，以期深化對于流動現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識并更好地指導(dǎo)工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計。
　　本文借助有限元方法對二維側(cè)加熱分隔腔內(nèi)的空氣自然對流進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了1×105≤Ra≤1×1011、0.2≤A≤4范圍內(nèi)流動與傳熱對控制參數(shù)的依賴。數(shù)值模擬結(jié)果顯示瑞利數(shù)是影響并控制

3、腔內(nèi)流動與傳熱的最主要因素。對于低瑞利數(shù)如Ra=1×105工況，腔內(nèi)對流發(fā)展極其緩慢，邊界層內(nèi)的流動微弱。低瑞利數(shù)下的對流發(fā)展經(jīng)歷兩個階段:前期隔板附近空氣保持豎向分布并沿水平方向自隔板向腔體中心區(qū)域平行推進(jìn)，后期沿腔體水平邊界形成入侵氣團并直接填充腔體核心區(qū)域。高瑞利數(shù)下，流動經(jīng)歷了初始階段、過渡階段和定常或準(zhǔn)定常階段三個發(fā)展過程。瑞利數(shù)越高，流速越大，瞬態(tài)對流越明顯，傳熱效率越高。當(dāng)瑞利數(shù)達(dá)到Ra=1×1011時，流動最終出現(xiàn)邊界層