粗糙面Rayleigh-Bénard对流系统中热耗散率的空间分布研究

发布时间：2021-12-30 23:05

　　自然对流换热现象广泛存在于自然界和各种工程问题中。Rayleigh-Bénard convection系统（RBC系统）是一个典型的自然对流传热模型。通过研究RBC系统内的传热机理有利于帮助人们解决工程和生活中的对流传热问题。学者们在光滑边界条件下的RBC系统中进行了整体传热分析和微观热耗散率的研究。且研究已经十分成熟。人们在粗糙边界条件下RBC系统中也进行了大量整体传热分析。但是,目前没有实验研究粗糙边界条件下的RBC系统中的微观传热原理。本文以粗糙面的金字塔高度为粗糙度,通过测量不同粗糙度下热耗散率的空间场来研究粗糙RBC系统的微观传热机制。本文的实验装置为竖直圆柱形RBC系统,流体介质为水,粗糙面为金字塔形,以金字塔高度作为粗糙度。本实验粗糙度分别为3 mm和6 mm。本文实验的控制参数分别为Pr=5.4、Ra=3.3×109～1.053×1010。通过测量不同粗糙度RBC系统中各组Ra数下的温度剖面,可以依次划分出温度边界层区、混合区和中央区。实验发现3 mm、6 mm粗糙度下边界层厚度λ与Ra数的关系式分别为λ=6543×Ra-0.36、λ=6410×Ra-0.36。实验发现... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Rayleigh-Bénard对流系统

大小

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-a)大小探头的热敏电阻对比图b)大小探头成品对比图图2-1大小探头的对比图实验中所用的大小探头都需要经过标定校核才能投入使用。校核实验的温度范围是10℃~60℃。热敏电阻对应的阻值范围为20kΩ~200kΩ。在校核过程中，用由高精度温度探头所测阻值为参考点，将其视为真实温度值。因为它的测量精度可以达到0.001K。将待校核的探头用铜线和防水绝缘胶布与高精度温度探头绑在一起，然后放入ThermalScientific公司生产的可编程恒温水域箱中（如图2-2所示）。该水域箱的温度控制精度为±0.01℃。图2-2水浴箱实体图待校核探头与多通道数据采集卡连接，再将数据采集卡放入数据采集器中来采集探头的阻值变化。高精度探头可以测出水域中的真实温度，用python程序控制水域温度从10℃变化到60℃，每隔2℃采集一组每个探头的阻值。由此，可以得到26组数据。应用Steinhart-Hart来确定温度与阻值的拟合关系：baTcRdRR)(ln)(lnln/132（2-1）式中T——由高精度探头测得的水域箱的实际温度（K）；R——探头所测得的阻值（Ω）；a、b、c、d——每个探头对应的参数数值。根据测得的探头阻值与温度的对应数据，可以用matlab程序拟合得出对应的a、b、c、d值。用红色画出对应的T与R的函数图像，用蓝色圆圈表示

【参考文献】：
期刊论文
[1]Current trends and future directions in turbulent thermal convection[J]. Ke-Qing Xia.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2013(05)

硕士论文
[1]基于等离子体激励器控制湍流边界层减阻的参数优化研究[D]. 彭倩.哈尔滨工业大学 2018
[2]粗糙面Rayleigh-Bénard对流系统传热和热耗散率的测量[D]. 单峰.哈尔滨工业大学 2017
[3]粗糙边界条件下湍流热对流温度剖面测量[D]. 左恽祺.哈尔滨工业大学 2018
[4]在水平对流中关于热耗散率的测量[D]. 李嘉鑫.哈尔滨工业大学 2017
[5]水平热对流热传输及温度剖面的实验测量[D]. 鄢博.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：3559137