Сопряженный тепломассоперенос в областях с локальными источниками энергомассовыделения

• Автор: Шеремет, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 425 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Современное состояние исследований в области сопряженных задач конвективного тепломассопереноса
2. Двумерные ламинарные модели сопряженного свободно-конвективного тепломассопереноса в замкнутых областях с локальными источниками тепломассовыделения
2Л. Сопряженная естественная конвекция с локальным источником
энергии
2.2. Сопряженный свободно-конвективный тепломассоперенос при наличии локальных источников энергии и массы
2.2.1. Влияние эффектов Соре и Дюфура
2.3. Сопряженный конвективно-радиационный теплоперенос
2.4. Влияние пористости среды на режимы конвективного теплопереноса
2.5. Влияние наночастиц на режимы конвективного теплопереноса
2.6. Влияние геометрии области на режимы теплопереноса
2.6.1. Естественная конвекция в горизонтальном цилиндре
2.6.2. Термогравитационная конвекция в вертикальном цилиндре
2.6.3. Сопряженная естественная конвекция между двумя концентрическими сферами
3. Нестационарные режимы ламинарной смешанной конвекции в прямоугольных областях с теплопроводными стенками конечной толщины
3.1. Смешанная конвекция в полуоткрытой полости с локальным источником энергии
3.2. Конвективный тепломассоперенос в полуоткрытой полости
при наличии источников энергии и массы
4. Пространственные режимы конвективного тепломассопереноса в замкнутых объемах

4.1. Режимы естественной конвекции в замкнутом параллелепипеде со стенками конечной толщины в условиях горизонтального градиента температуры
4.2. Нестационарные режимы естественной конвекции в
замкнутом объеме с локальным источником энергии
4.3. Конвективно-радиационный теплоперенос в замкнутом
параллелепипеде с теплопроводными стенками конечной толщины
4.4. Влияние источника примеси на режимы переноса энергии
4.5. Нестационарные режимы естественной конвекции в
замкнутом наклонном цилиндре с теплопроводной оболочкой
4.6. Пространственные режимы естественной конвекции в
сферическом объеме
5. Турбулентные режимы сопряженной естественной конвекции в
замкнутых областях
5.1. Нестационарные режимы турбулентной естественной
конвекции в замкнутой полости с теплопроводными стенками конечной толщины в условиях горизонтального температурного напора
5.2. Влияние толщины и теплофизических характеристик материала теплопроводных стенок на режимы переноса энергии при высоких числах Рэлея в полостях с локальными источниками энергии
5.3. Турбулентная естественная конвекция в замкнутом
параллелепипеде со стенками конечной толщины в условиях горизонтального градиента температуры
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время изучение нестационарных режимов сопряженного конвективного тепломассопереноса в областях с локальными источниками тепла и массы в условиях неоднородного теплообмена с внешней средой занимает определяющее положение в таком крупном научном разделе как механика сплошной среды. Высокая интенсивность развития теории сопряженных задач конвективного тепломассопереноса обусловлена не только отсутствием фундаментальной базы, определяющей все основные положения и особенности взаимного влияния конвекции в жидкой среде и механизма теплопроводности в твердых блоках при наличии осложняющих факторов, характеризующих или свойства среды, или дополнительные транспортные эффекты массы, импульса и энергии, но и неоспоримой практической значимостью, связанной с производством и рациональным использованием энергии [1-4].
В современных условиях сопряженные задачи конвективного тепломассопереноса играют важную роль в природе и во многих отраслях техники, представляющих значительный интерес. Например, изучение совместно протекающих процессов конвекции и теплопроводности имеет большое значение в связи с проблемой отвода тепла во многих приборах и технических системах [1, 5-8]. Естественная конвекция совместно с
теплопроводностью существенно влияет на предельные значения тепловых потоков в замкнутых областях [9-14], и рассмотрение их становится очень важным для задач, в которых другие способы отвода тепла невозможны или недостаточно эффективны. Последнее имеет особенно большое значение во многих электронных устройствах и аппаратах, а также энергетических установках, где детальное моделирование теплопереноса в процессе проектирования необходимо, чтобы избежать в дальнейшем перегрева при реальной эксплуатации.

твердых стенок на тепловые характеристики процесса становится более значительным с увеличением толщины стенок и относительного коэффициента температуропроводности, а также с уменьшением числа Пекле.
Применение численных методик расчета сопряженного теплопереноса с целью оптимизации системы охлаждения лопаток турбины было представлено в [146]. Оптимизация заключалась в поиске положения и диаметра отверстий в лопатке, используемых для ее охлаждения. Решение сопряженной задачи было реализовано с помощью вычислительного комплекса ANSYS CFX. В ходе исследований было показано, что применение эмпирических соотношений приводит к существенным расхождениям с численными данными.
Очень часто решение сопряженных задач смешанной конвекции направлено на реализацию различных механизмов охлаждения типичных элементов электроники. Так в [147] представлены результаты математического моделирования сопряженного теплопереноса в микроканале системы теплоотвода электронного блока. Проведен трехмерный анализ термогидродинамических полей с помощью метода контрольного объема с применением алгоритма SIMPLER для определения поля давления. Полученные численные результаты показали, что сопряженный теплоперенос в микроканалах характеризуется очень сложной пространственной гидродинамикой с продольными направленными против течения большими рециркуляционными зонами. В таких зонах локальные числа Нуссельта
Nuloc =

принимают отрицательные значения, что очередной раз, по

мнению авторов, подтверждает бессмысленность использования чисел Нуссельта для характеристики сопряженных задач. Были установлены очень большие поперечные и продольные температурные градиенты в твердых стенках вблизи входного сечения канала, что, безусловно, определяет наличие возможных зон существенных температурных напряжений и структурных повреждений материала стенок.