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浮力存在下的层流及湍流流动与传热的数值研究

余徽  
【摘要】: 采用数值方法研究了竖直平面上的传热传质复合自然对流、竖直套管环隙间层流以及竖直平板间湍流的自然强制复合对流传热,考察了热浮力与物质扩散浮力共存时的传热传质以及热浮力存在下层流及湍流的流动和传热。 通过竖直平面上传热传质复合自然对流的数值模拟,显示Nu和Sh数出现最小值处的浮力比B即B_(min)仅是普朗特数与施米特数之比Pr/Sc的函数。当Pr/Sc<1时,B_(min)<-1;反之则B_(min)>-1;Pr/Sc=1时,Nu与Sh相等,R_(min)=-1。由此根据流型的不同对流场进行分区,得到发生流型反转的条件。 套管环隙间自然强制复合层流对流的数值模拟结果表明:助流热浮力时的Nu及壁面摩擦系数大于纯强制对流时且随Gr/Re增大而增大,传热增强,反流热浮力时的Nu及壁面摩擦系数则小于纯强制对流时且随|Gr/Re|增大而减小,传热减弱。水力进口段和热进口段长度亦随|Gr/Re|的增大而增加。浮力较大时壁面附近出现逆向回流,并在Z/Pe-|Gr/Re|坐标图中给出发生逆向回流的区域。 竖直平板间湍流复合对流的场合,助流条件下,当Gr/Re~3≤5×10~(-5)时,发生层流化现象,此时的Nu数较纯强制对流时低且在Gr/Re~3≈2×10~(-5)处出现最小值。Gr/Re~3<2×10~(-5)时,平均Nu数在Gr一定时随Re的增大而降低;Gr/Re~3>2×10~(-5)时,平均Nu数随Re的增大而增大。反流时的Nu数较助流时高,壁面摩擦系数则较助流时小。反流时的热进口段长度较助流时短。


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