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旋转圆筒内热驱动流

张朝民  
【摘要】:本文目的是研究离心力场及离心力场和重力场同时存在时热驱动流的一些现象和规律。用数值模拟法研究了水平同心套筒内、外筒加热旋转时的流动和传热特性,提出了旋转流抑制自然对流的物理机制;验证了对流换热可比拟为具有内热源的导热问题;分析讨论了竖直旋转圆筒内热驱动流,包括端盖热驱动和侧壁热驱动。研究表明,对于端盖热驱动,在低速旋转时,K_(eqm)确实随转速增大而增大,即和其它混合对流那样传热得到了强化,但转速继续增大时,K_(eqm)却随转速增大而减少。而对于同心竖直旋转套筒侧壁热驱动,在低速旋转时,K_(eqm)近似等于常数,继后,K_(eqm)随转速增大而减少。说明在一定条件下,旋转流可减弱换热强度。通过方程分析和数值模拟提出了离心力场热驱动流的物理机制以及自然对流和旋转流相对作用大小的判别依据;文章还以竖直同心套筒内热驱动流为背景,首次成功地解决了u、v、w、p、T五变量同时求解的一种算法,与常用的SIMPLEC算法相比能大大提高数值的稳定性和收敛速度;建立了竖直旋转同心套筒热驱动流的试验台,并对同心套筒外筒旋转内筒加热时的热驱动流作了初步的实验研究,得到了不同旋转雷诺数下混合对流的流场显示图案和定性的传热结果,验证了旋转流抑制自然对流的结论。


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