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边界层方程在传热传质复合自然对流时的使用范围及偏差

黄碧波  
【摘要】: 采用数值分析方法研究了竖直平面上热质扩散共存时的复合自然对流,分别求解动量、能量及质量的边界层方程和完整方程,对二者结果进行了对比分析。讨论了Pr/Sc>1,Pc/Sc<1以及Pr/Sc=1时二者在速度、温度、浓度分布以及Nusselt数和Sherwood数时的异同,着重分析了采用边界层方程计算时的偏差及其产生的原因。 研究结果表明:边界层方程求解的偏差与浮力比B和Pr/Sc有关。当Pr/Sc=1时,边界层方程可以很好地预测流体的速度、温度、浓度。当Pr/Sc≠1时,在B_(min)附近的区域,用边界层方程无法得到准确的速度、温度和浓度分布。边界层方程预测的传热传质速率最小时的浮力比B_(min)与完整方程吻合,但计算的Nu数和Sh数在B_(min)附近区域出现的偏差最大,Nu和JA数在Pr/Sc=3.18时的最大偏差分别为40%和21%,在Pr/Sc=0.14时分别为40%和35%。在该区域外则有较高的准确性。边界层方程在靠近壁面处能准确的预测流体的速度分布,随着|B|的增大远离壁面时会出现一定的偏差。通过在不同的Gr数下的计算,发现边界层方程求解的结果存在类似的性质,当Pr/Sc≠1时,在B_(min)附近的区域边界层方程的预测结果有较大的偏差,随着Gr的增大远离壁面时速度分布的偏差有增大的趋势。采用边界层方程进行数值计算较之完整方程具有较快的收敛速度。


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