豎直同心套管內(nèi)多孔介質(zhì)中復(fù)合對(duì)流傳熱的數(shù)值研究.pdf

1、多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)常見(jiàn)于自然界和工業(yè)過(guò)程,涉及水利、地質(zhì)、化工、環(huán)境等諸多領(lǐng)域,隨著核工業(yè)及電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,多孔介質(zhì)中的復(fù)合對(duì)流傳熱引起眾多研究者的關(guān)注.采用SIPMLE方法對(duì)豎直同心套管內(nèi)多孔介質(zhì)中的復(fù)合對(duì)流傳熱進(jìn)行了數(shù)值研究,考察了外內(nèi)徑比為2的套管環(huán)隙內(nèi)熱浮力與主流同向和反向兩種情況下,壁面以等熱流密度加熱(冷卻),恒溫加熱(冷卻)以及絕熱等不同條件組合時(shí)的流動(dòng)及傳熱特性.計(jì)算結(jié)果顯示:(1)在內(nèi)壁面等熱流密度,外壁面絕熱情況下

2、,加熱(Gr>0)時(shí)速度峰值向內(nèi)壁面偏移,外壁側(cè)流速減小;而冷卻時(shí)速度峰值則向外壁偏移,內(nèi)壁流速減小并出現(xiàn)逆向回流.摩擦阻力的變化趨勢(shì)與速度類似,在產(chǎn)生逆向流處出現(xiàn)局部極小值.內(nèi)壁面努塞爾數(shù)Nu在加熱時(shí)大于強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的情形,且隨著格拉曉夫數(shù)Gr增大而增大;冷卻時(shí)的Nu數(shù)卻小于強(qiáng)制對(duì)流的情形,在Gr數(shù)較小時(shí)產(chǎn)生逆向流時(shí)出現(xiàn)極小值.Nu數(shù)隨達(dá)西數(shù)Da的增大而增大.(2)在內(nèi)壁面恒溫,外壁面絕熱情況下,套管的水力進(jìn)口段長(zhǎng)度和熱進(jìn)口段長(zhǎng)度與等熱

3、流密度—絕熱情況相比大大延長(zhǎng).加熱與冷卻下的速度分布在流動(dòng)達(dá)到充分發(fā)展后與強(qiáng)制對(duì)流(Gr=0)時(shí)的速度分布一致.內(nèi)外壁面的摩擦阻力在達(dá)到最大(最小)值后逐漸趨于強(qiáng)制對(duì)流下的摩擦阻力.在進(jìn)口段初期,冷卻下的溫度分布受自然對(duì)流的影響較大,Gr數(shù)較小時(shí),溫度線出現(xiàn)交叉.加熱下的努塞爾數(shù)單調(diào)下降,并在Gr數(shù)較高時(shí)出現(xiàn)局部峰值.冷卻時(shí)的努塞爾數(shù)先降至最小值,然后逐漸回升至恒定值.Da數(shù)增大時(shí),流體的對(duì)流作用明顯,內(nèi)壁面努塞爾數(shù)增大.當(dāng)Da數(shù)越小時(shí)

4、,充分發(fā)展后的速度分布曲線越平坦,當(dāng)Da=10<'-4>時(shí),速度分布接近于湍流的速度分布.(3)在內(nèi)外壁面均為恒溫情況下,|Gr|較大時(shí),加熱與冷卻時(shí)流體均出現(xiàn)了逆向回流,且在軸向一直保持S形速度分布.內(nèi)外壁面的摩擦阻力系數(shù)變化相似,但因不同Gr數(shù)的影響趨于不同的恒定值.內(nèi)壁面努塞爾隨著Z的增加而降低,隨著Gr數(shù)的增大而增大,在Gr數(shù)較小時(shí),產(chǎn)生局部峰值.外壁面努塞爾數(shù)隨著Z的增加而增大,在Z<1.83時(shí),冷卻下的努塞爾數(shù)高于加熱時(shí)的努