封閉腔湍流自然對(duì)流修正κ-ε模型及其應(yīng)用.pdf

1、自然對(duì)流是由于流體的溫度差或濃度差引起了密度差,在重力或其它力場(chǎng)作用下形成升浮力而產(chǎn)生的一種流體流動(dòng)和對(duì)流傳熱現(xiàn)象。
　　 封閉腔中自然對(duì)流由于在建筑節(jié)能、電子元器件的冷卻、太陽能集熱器設(shè)計(jì)、核反應(yīng)器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用而受到了廣泛關(guān)注。在過去的幾十年中,為了深入理解封閉腔中自然對(duì)流流動(dòng)與傳熱過程,人們開展了大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究工作,但是封閉腔中湍流自然對(duì)流數(shù)值分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間依然存在較大差異。隨著計(jì)算機(jī)能力和計(jì)算方法

2、的發(fā)展,數(shù)值分析方法越來成為不可缺少的研究手段。因此,進(jìn)一步對(duì)封閉腔內(nèi)湍流自然對(duì)流模型進(jìn)行研究非常必要。
　　 己發(fā)表的研究結(jié)果表明無論用高雷諾數(shù)κ-ε模型還是低雷諾數(shù)κ-ε模型對(duì)封閉腔內(nèi)湍流自然對(duì)流問題進(jìn)行計(jì)算時(shí)所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間均存在較大差異。本文針對(duì)這一現(xiàn)狀開展了一系列工作。
　　 1.為了獲得數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大差異的原因,對(duì)自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流從動(dòng)量傳遞與熱量傳遞之間的比擬關(guān)系方面進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)自然對(duì)

3、流流動(dòng)邊界層與溫度邊界層之間不存在比擬關(guān)系,從而不能像強(qiáng)迫對(duì)流一樣用αt=vt/σt封閉能量方程中的-pcpuiT。
　　 2.提出了一求解封閉腔湍流自然對(duì)流換熱的高低混合κ-ε模型,將由該模型所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明該模型在對(duì)湍流自然對(duì)流換熱的預(yù)測(cè)精度上雖達(dá)到一定改善,但還需要進(jìn)一步提高。
　　 3.為了對(duì)高低混合κ-ε模型進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn),提出修正湍流普朗特?cái)?shù)方案σt=1+Pr,并形成湍流修正κ-ε模型。

4、將該模型所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)用修正κ-ε模型在Rα>109條件下獲得封閉腔內(nèi)空氣湍流自然對(duì)流換熱的平均Nu數(shù)與實(shí)驗(yàn)值之間的相對(duì)偏差平均值降低到了8.43％,同時(shí)在108≤Rα≤109時(shí)所得結(jié)果與其它文獻(xiàn)中的數(shù)值結(jié)果很接近。
　　 4.將修正κ-ε模型用于蘭州地區(qū)住宅供暖換熱器傳熱特性分析。在滿足室內(nèi)供暖溫度要求的情況下,獲得了外墻類型、室外環(huán)境條件、換熱器面積、鄰室傳熱等因素對(duì)換熱器傳熱性能的影響規(guī)律、換熱器表面溫