过渡流态方腔自然对流传热稳定性分析

发布时间：2017-10-14 22:34

  本文关键词：过渡流态方腔自然对流传热稳定性分析

  更多相关文章： 过渡流流态 对流换热稳定性 对流-辐射耦合传热 分岔 格子Boltzmann方法

【摘要】：过渡流态流动换热普遍存在于实际的传热过程中,如航空航天系统的换热器,高压交流电系统换热,甚至血液流经大动脉有时也是过渡流态。过渡流态范围相对而言比较窄,流动及换热具有较强的不稳定性,尾流会出现周期性的振荡,振幅和频率的不断变化对流动换热特性具有很大影响。现阶段对于过渡流的研究,大部分集中在对其涡结构的动力学特征上,而对于过渡流态下的流动换热问题还缺乏系统的研究。对于参与性介质过渡流态下的对流-辐射耦合传热问题还鲜有相关的研究。本文分别采用多松弛格子Boltzmann方法(MRT-LBM)和格子Boltzmann无网格多尺度混合算法(LB-DCM)对过渡流态自然对流传热以及过渡流态对流-辐射耦合传热的稳定性问题进行了数值研究。详细探讨了瑞利数Ra、普朗特数Pr、特征几何参数A以及内热源位置对自然对流传热稳定性的影响,并给出了不同条件下过渡流区域的变化图。同时,分析了特殊条件下系统的静态分岔和动态分岔现象,及其对过渡流态对流换热稳定性的影响。给出了过渡区域的临界普朗特数Prc曲线图以及系统发生叉型分岔的临界瑞利数Rac。当PrPrc时,系统出现周期性的自激振荡,发生超临界Hopf分岔,且Prc随着Ra的增大而增大。当RaRac时,系统将存在两个稳定的耗散结构,且在相应的过渡区域内存在不同的换热过程。最后,对过渡流态对流-辐射耦合传热过程的稳定性进行了分析,重点研究了对流辐射参数Rc以及光学厚度τ对其的影响。结果表明,辐射效应使得过渡区域增大,系统更易处于周期性的振荡状态,同时使得换热强度显著增大。另一方面,对流辐射参数Rc和光学厚度τ的减小也会使得过渡区域增大,热辐射作用增强,对流换热作用减弱,总换热强度增大。
【关键词】：过渡流流态 对流换热稳定性 对流-辐射耦合传热 分岔 格子Boltzmann方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-13
• 1.2.1 过渡流态传热过程的研究现状10-12
• 1.2.2 格子Boltzmann方法的发展现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 第2章 格子BOLTZMANN方法的基本原理及分岔理论14-26
• 2.1 格子BOLTZMANN方法的基本模型14-19
• 2.1.1 单松弛格子Boltzmann模型（LBGK）14-15
• 2.1.2 多松弛格子Boltzmann模型（MRT）15-16
• 2.1.3 热格子Boltzmann模型（TLBE）16-17
• 2.1.4 格子Boltzmann边界处理格式17-19
• 2.2 格子BOLTZMANN无网格耦合算法19-22
• 2.2.1 无网格法求解辐射传递方程20-21
• 2.2.2 LB-DCM方法求解对流-辐射耦合传热问题21-22
• 2.3 分岔理论简介22-25
• 2.3.1 叉型分岔（Pitchfork Bifurcation）23
• 2.3.2 周期解及其稳定性23-24
• 2.3.3 霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 过渡流态自然对流传热稳定性分析26-51
• 3.1 引言26
• 3.2 模型简介及程序验证26-30
• 3.2.1 计算模型26-27
• 3.2.2 程序验证27-29
• 3.2.3 网格无关性检验29-30
• 3.3 过渡流态自然对流传热过程的稳定性分析30-41
• 3.3.1 过渡流区域31-33
• 3.3.2 过渡流区域对流换热的稳定性分析33-40
• 3.3.3 瑞利数对过渡区换热强度的影响40-41
• 3.4 普朗特数对过渡流态自然对流传热稳定性的影响41-50
• 3.4.1 普朗特数对过渡区域流动换热稳定性的影响41-48
• 3.4.2 临界普朗特数48-49
• 3.4.3 普朗特数对过渡区换热强度的影响49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 几何特征及辐射效应对过渡流态对流传热的影响51-89
• 4.1 引言51
• 4.2 特征几何参数对过渡流态自然对流传热稳定性的影响51-64
• 4.2.1 特征几何参数对过渡区域的影响51-60
• 4.2.2 特征几何参数对换热强度的影响60-61
• 4.2.3 静态分岔对过渡区域流动换热稳定性的影响61-64
• 4.3 内热源位置对过渡流态自然对流传热稳定性的影响64-75
• 4.3.1 内热源竖直方向偏移的影响64-68
• 4.3.2 内热源水平方向偏移的影响68-72
• 4.3.3 内热源对角线方向偏移的影响72-75
• 4.4 参与性流体过渡流态对流-辐射耦合传热过程的稳定性分析75-88
• 4.4.1 程序验证76-78
• 4.4.2 热辐射效应对过渡流态对流-辐射耦合传热过程的影响78-82
• 4.4.3 对流辐射参数对耦合传热过程稳定性的影响82-85
• 4.4.4 光学厚度对耦合传热过程稳定性的影响85-88
• 4.5 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-97
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果97-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 许慧;王丽娟;吴楝华;王传杏;喜冠南;;过渡流下近壁插人圆柱瞬时流动传热特性研究[J];工程热物理学报;2015年06期

2 仲敏波;谢纬安;袁银男;喜冠南;;过渡流下后向台阶流动与瞬态传热特性研究[J];工程热物理学报;2015年01期

3 阳祥;陶文铨;;高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟[J];西安交通大学学报;2014年05期

4 闫世峰;蔡春森;周少东;喜冠南;;过渡流下叉排圆柱列流动传热特性的研究[J];工程热物理学报;2013年10期

5 赵舟;周少东;袁银男;喜冠南;;过渡流下管束的流动、传热特性研究—串列双圆柱流场研究[J];工程热物理学报;2012年12期

6 杨帆;施徐明;刘连国;;二维顶盖驱动半圆腔内流动MRT-LBM研究[J];工程热物理学报;2012年04期

7 王小华;朱文芳;魏英杰;;封闭方腔内空气和水自然对流每一次分岔数值预报[J];应用力学学报;2010年01期

8 李光正,马洪林;封闭腔内高瑞利数层流自然对流数值模拟[J];华中科技大学学报(城市科学版);2004年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘永辉;圆管过渡区流速特性的研究[D];山东大学;2011年

，

本文编号：1033559