Численное исследование свободноконвективного теплообмена в открытых и замкнутых прослойках

• Автор: Аль Джанаби Али Л Экайд
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Современное состояние исследований естественной конвекции в продуваемых и замкнутых прослойках при сложных граничных условиях
1.1.Свободная конвекция между вертикальными параллельными пластинами
1.1.1. Ламинарный режим течения
1.1.2. Турбулентный режим течения
1.2.Свободная конвекция в замкнутых полостях
1.3.Естественно-конвективная теплопередача и течения в замкнутых прослойках при наличии перегородок
1.4 Свободная конвекция наножидкостей
2. Свободно-конвективное течение и теплообмен между двумя вертикальными пластинами с различными температурами
2 1. Ламинарная конвекция между нагретыми пластинами с
различной температурой
2.1.1. Постановка задачи и основные уравнения
2.1.2. Численный метод
2.1.3. Тестирование кода, сопоставление с расчетными и опытными данными
2.1.4. Результаты расчетов и их обсуждение
2.2.Конвективное течение между пластинами с несимметричным нагревом и охлаждением
2.2.1. Обсуждение результатов расчета
2.3.Турбулентный режим течения в вертикальном канале с изотермическими стенками различной температуры
2.3.1. Основные уравнения и модель турбулентности
2 3 2 Численный метод

2.3.3. Результаты расчетов и их обсуждение
3. Теплообмен в З-d прослойке с дифференциально обогреваемыми боковыми стенками при вариации соотношения сторон
3.1 .Ламинарная свободная конвекция в параллелепипеде различной длины
3.1.1. постановка задачи, метод решения и тестирование
3.1.2. Результаты и их обсуждение
3.2.Турбулентная свободная конвекция в параллелепипеде
различной длины
3.2.1. Уравнения, граничные условия и метод решения
3.2.2. Тестирование модели
3.2.3. Результаты и их обсуждение
4. Управление свободной конвекцией в замкнутых двумерных и трехмерных прослойках
4.1.Структура течения и теплоперенос в квадратной полости с
теплопроводными элементами на горизонтальных стенках
4.1.1. Математическая модель
4 12 Метод численного решения
4.1.3. Тестирование модели
4.1.4 Результаты расчетов и их обсуждение
4.2 Численное исследование ламинарной естественной конвекции наножидкости внутри куба с дифференциально обогреваемыми стенками
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Основные уравнения
4.2.3. Тестовые расчеты для конвекции чистой жидкости в кубе
4.2.4. Результаты расчетов и их обсуждение
Заключение 1
Список использованных источников
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Свободная конвекция
Свободно-конвективное движение вызвано градиентом плотности в жидкости, поэтому оно является одним из самых экономичных и практичных методов охлаждения или обогрева теплообменных поверхностей. Области применения свободно-конвективных течений чрезвычайно обширны, а результаты их исследования изложены в большом числе работ. Приведем только ряд классических монографий [15, 11, 12, 13, 3, 21, 16, 60, 146, 126, 1 и 133], в которых детально рассмотрены различные аспекты естественной конвекции и теплообмена для широкого класса задач, в том числе замкнутых 2-и 3-Д прослоек различной геометрии и при вариации тепловых граничных условий. Однако многие проблемы ламинарной и турбулентной конвекции в поле силы тяжести не решены в полном объеме. Это объясняется многофакторностью процессов переноса, а также очень сложной картиной формирования конвективных потоков и особенно для развития течения в трехмерных объемах, а также в полостях с открытыми границами и заранее неизвестными условиями на этих границах.
Свободная конвекция между вертикальными пластинами или в каналах с параллельными стенками
В гладких вертикальных параллельных каналах пластины, которые являются открытыми для окружающей среди в верхнем и нижнем концах, возникает естественная конвекция, когда по меньшей мере одна из двух пластин нагревается или охлаждается. Образующийся поток газа, управляемый плавучестью, может быть ламинарным или турбулентным в зависимости от геометрии канала, свойств жидкости и разности температур между пластиной и окружающей средой. Число Рэлея, при котором поток становится турбулентным в вертикальных каналах отличается от случая подъемного или опускного течения у вертикальной плоской пластины. Тепловые условия на поверхностях могут быть идеализированы, например будучи изотермическими,

материала и места расположения. Поэтому систематизировать или обобщать эти результаты чрезвычайно сложно и можно говорить только о некоторых общих тенденциях и качественных закономерностях. Именно в таком ракурсе будут ниже рассмотрены основополагающие результаты в этой области. Экспериментальные исследования
Bajorek и Lloyd [36] экспериментально исследовали естественную конвекцию в двумерной квадратной полости с перегородкой, использовав в опытах интерферометр Маха-Цандера. Вертикальные стенки были изотермическими при различных температурах, в то время как горизонтальные стены и перегородки были адиабатными. Локальные и средние коэффициенты теплопередачи были определены для воздуха и углекислого газа для чисел Грасгофа Gr = 1.7x10'' + З.ОхЮ6. Перегородки были сделаны для того чтобы существенно повлиять на конвективную теплопередачу. Наблюдения интерференционных полос показали, что основная область течения неустойчива, и она влияет на поток вдоль вертикальных стен, начиная с числа Грасгофа Gr = 5 х 105.
Nienchuan и Bejan [121] экспериментально и аналитически изучали явление теплопередачи за счет естественной конвекции в частично разделенной замкнутой полости. Нетеплопроводящая перегородка была установлена на полу полости. Измерения теплопередачи и визуализациия потока были проведены в диапазоне числа Рэлея Ю9-И010 для отношения проходного сечения (высота выше перегородки/высота полости) равным 1, 1/4, 1/8, 1/16 и 0. Было установлено, что, по мере уменьшения проходного сечения от 1 до 0 число Нуссельта уменьшается всего на 15%.
Nansteel и Greif [116,117] проводили эксперименты по естественноконвективной теплопередаче в нераздельных и частично разделенных полостях прямоугольного сечения. В этих исследованиях, вертикальные стенки были изотермическими с различными температурами в то время как горизонтальные стенки были адиабатическими. Эксперимент проводился с водой для чисел