低普朗特数流体侧加热腔传热特性研究

论文摘要

流体流动是自然界中最常见的现象之一,其现象及规律在电子器件、大型工业机械的散热以及能源传输上有着极为重大的研究意义,所以得到了广泛的关注。通常在浮力引起的对流中,动量传输和能量传输会紧密的结合,从而导致流体传热问题变得更为复杂。尽管研究者对高普朗特数流体传热特性做了大量的研究,但至今还有一些低普朗特数流体的传热问题尚待研究。本文对封闭腔体内低普朗特数流体流动和传热的过程进行了研究。基于流动与传热的基本理论以及有限元软件COMSOL,对拥有不同高宽比的水平温差侧加热腔体内流体的流动进行数值模拟并得到以下结论:(1)在传热特性研究中,在高瑞利数条件下,努塞尔数会出现突变的特性:在低高宽比的某一点平均努塞尔数Nuavg明显高于周围其他点。另外当高宽比发展到一定程度后在一定范围内平均努塞尔数Nuavg将不随高宽比增加而单调递增,反而是在小范围内不断上下波动。在中低瑞利数条件下,努塞尔数一直是随着高宽比的增加而增加的。(2)在腔体内流动稳定性的研究中,我们发现了高瑞利数条件下,随着高宽比的增加,流体流动的状态一共会经过五个阶段:在一开始会出现稳态流动,随后变为周期性流动,继而出现第二次稳态流动,然后又变为周期性流动,最后变为非周期性流动。然而在中低瑞利数条件下,低普朗特数流体一直处在稳定流动状态。本篇论文探究了低普朗特数流体自然对流传热的特性,发现了传热特性出现突变的高宽比。为工业上器件的保温与散热提供了新的设计思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 对流传热的主要形式
•   1.3 自然对流常用的计算方式
•   1.4 不同形状腔体中自然对流研究现状
•     1.4.1 矩形腔体中自然对流研究现状
•     1.4.2 梯形腔体中自然对流研究现状
•     1.4.3 三角形腔体中自然对流研究现状
•   1.5 其他物理因素对传热的影响
•     1.5.1 瑞利数对流体流动的影响
•     1.5.2 普朗特数对流体传热的影响
•   1.6 本文内容主要安排
• 第二章 理论基础与数值计算方法
•   2.1 传热及流动的相关物理量
•     2.1.1 努塞尔数
•     2.1.2 普朗特数
•     2.1.3 瑞利数
•   2.2 数值模拟基本理论
•     2.2.1 牛顿流体
•     2.2.2 Boussinesq近似
•     2.2.3 流动种类及边界层
•     2.2.4 控制方程
•   2.3 有限元方法介绍
•   2.4 COMSOL Multiphysics软件介绍
•   2.5 数值模拟中相关参数及模型
•     2.5.1 物理模型
•     2.5.2 边界条件设置及初始条件
•     2.5.3 迭代参数
•     2.5.4 网格划分
• 第三章 低普朗特数流体侧加热腔传热特性分析
•   3.1 引言
•   3.2 边界条件的验证
•   3.3 高瑞利数条件下传热特性分析
•   3.4 中低瑞利数条件下传热特性分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 总结与展望
•   4.1 总结
•   4.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李煜

导师: 吴晨旭,施天谟

关键词: 传热特性,高宽比,普朗特数

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程,动力工程

单位: 厦门大学

分类号: O35;TK124

总页数: 74

文件大小: 5965K

下载量: 6