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离散型热体及钢丝冷凝器自然对流的数值模拟

丁鹏  
【摘要】:自然对流换热不需要消耗动力,研究加强自然对流换热的方法有着深远的工程意义。离散型元件的自然对流换热机理远比单一物体的自然对流复杂,也具有更大的工程应用价值。管排和网状元件作为典型的分离型元件在工程领域有较广泛的应用。管排可以在换热器、太阳能集热器、电子器件冷却以及电解电镀工程中的排管电极等领域发现其应用。钢丝式冷凝器是网状元件的最典型代表,在小型的制冷设备散热领域有着广泛的应用。 首先作者探讨了求解大空间自然对流换热的指定压力边界条件的具体设置和实施方法。并将这种数值方法应用到大空间内单根圆柱的自然对流换热的数值模拟中,在10~2Ra10~7范围内首次采用高精度格式和原始变量法对其进行了数值求解。并将计算结果与其他人的实验数据、数值模拟结果以及理论分析解进行了广泛的对比,发现吻合良好。在本次数值解的基础上给出了单根圆柱在大空间内的平均对流换热系数与Ra数的关联式。 首次对具有多管2、4、6根管的管排在大空间内的自然对流换热进行了系统的数值研究。在比较宽广的参数范围内详细地分析了改变Ra数、管间距对管排中各个管的平均对流换热系数、局部换热系数以及管排的总对流换热系数的影响。比较发现本文的数值解与其它实验数据的吻合是较好的。 首次对具有多管2、4、6根管的管排在具有双侧限制体和单侧限制体内的自然对流换热进行了系统的数值研究。在比较宽广的参数范围内详细地分析了改变Ra数、管间距以及管子与限制体之间的距离对管排中各个管的平均对流换热系数和管排的总自然对流换热系数的影响。结果发现在本文的研究范围内,限制体的存在加强了管排的自然对流换热。 此外对钢丝式冷凝器在大空间内的自然对流进行了三维数值模拟。重点研究了Ra数和竖丝间距对自然对流换热量的影响。发现两者对钢丝冷凝器换热均有很大的影响。


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