论文部分内容阅读
自然对流换热作为一种除强制对流换热之外的常见的一种对流换热方式,在很多工业应用装置中均可以见到,如太阳能集热器、水下机器人电子舱等,从这些工业应用装置中可以简化得到侧加热腔模型,本文以该模型为研究对象,采用量纲分析与数值模拟相结合的方法,对腔内的非稳态自然对流流动和换热增强展开机理层面的研究,分析了侧壁上安装的双绝热翅片结构以及侧壁端部安装的单个导热翅片结构对腔内流动发展和换热特性的影响。在侧壁安装双绝热翅片结构之后,在初期阶段和完全发展阶段均可观察到双羽状流流态,下游翅片位置会显著影响上游羽状流的发展以及上游和下游羽状流的相互作用,羽状流的脱落频率随瑞利数的增加而增大,上游羽状流的脱落频率随下游翅片高度h2的增加而先增大后减小,当h2为5/12时达到最大值。下游羽状流的脱落频率与翅片下游边界层振荡频率的分析结果反映了羽状流相互作用过程的强烈非线性特征。当Ra=1.84×109和h2=7/12时,与同样瑞利数下的光方腔内的流量相比,腔内垂直中心线上的流量Q在初始阶段增强了136.2%,在完全发展阶段增加了124.8%。腔内传热与光方腔的情况相比也得到了显著增强,当Ra=3.68×109和h2=5/12时,换热增强因子ε达到其最大值12.7%,所以双翅片结构可以显著强化方腔内的流动和传热。侧壁端部安装单个导热翅片结构之后,在初期阶段和完全发展阶段均可观察到翅片上方羽状流脱落,进而引发垂直热边界层的振荡。瑞利数和翅片长度会显著影响翅片上方羽状流的发展,进而影响垂直热边界层的振荡特性。与光方腔内的情况相比,腔内垂直中心线上的流量Q得到了显著强化,而且翅片长度越长Q的强化比例越大,当Ra=1.84×109且s=1/2时,在初始阶段Q的强化比例达到175.3%,在完全发展阶段Q的强化比例达到467.1%。然而,侧壁端部翅片的存在倾向于抑制侧壁上的Nu,这是由于翅片加热了水平来流,缩小了侧壁与来流的温差,当Ra=5×107且s=1/6时,侧壁上的Nu被抑制最严重,抑制比例为14.27%,对于其他三个瑞利数,侧壁上的Nu被抑制程度随着翅片长度的增加而增大,而且最大抑制程度随着瑞利数的增大而减小。同时,腔内的整体换热水平得到了显著的增强,且翅片越长换热增强比例越大,当Ra=1.84×109且s=1/2时,腔内换热增强达到最大值71.05%。