二维方腔斜进风对流换热分叉现象的数值的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 993020 传热传质学学术会议 二维方腔斜进风对流换热分叉现象的数值研究’ 吴群刚梁新刚陈泽敬任建勋过增元 (清华大学工程力学系北京100094) 摘要 本文以数值模拟方法为手段，对二维方腔两顶角狭缝集中斜进风、两底角狭缝集中出风通 风方式下的淹动与捷热情况进行了研究，着重讨论了该通风方式下解的分叉现象以及招应的流动挠熟 规律．并将有关结果与实验进行了对比。研究表明：即使是具有对称结构的开口系统。由于相互隔离 的出口会对计算区域带来不同的影响，其稳定结果也可能是不对称的：斜进风通风方式在进风角度小 于一定值时流动存在静态分叉，即随计算初场的不同会得到不同的解：分叉后的斜进风方式仍具有较 好的流场、温度场分布均匀性以及较高的换热能力；依据数学物理意义上的稳定解，在工程上对斜进 风进行研究对，必须用全场分析的方法；数值计算结果与可视化实验的结累得到了较好朝台． 关键滴 开口系统 静态分叉 对流按热 数值计算 一、前言 有很多实际问题可以简化为二维方腔内的通风问题．如空调房间的通风、无尘室的 气流组织、载人空问站舱内的送风等。在这些问题当中，气流的组织与方腔内的换热、 有害物质的排除有非常密切的关系。特别是在空间站中，重力加速度很小，舱内温差引 起的自然对潍十分馓弱，所以齄内的热均匀性和质均匀性能力较差，容易造成舱内空间 的局部温度和速度梯度过大，导致仪器设备过热损坏或舱壁过冷结露。气流组织的好坏 对改善舱内换热和温度、速度的均匀性，排除舱内的有害气体和多余的水分，培宇航员 提供适宜的工作和生活条件Ⅲ有重要影响。 在空间站热控系统和环控生保系统中，舱内空气通风占有十分重要的地位．它不仅 用来给宇航员提供适宜的工作环境，而且还是仪器设备散热的主要手段之一，因此空间 站舱内气流的良好组织性能是维持其正常工作的必要条件．如房间空调系统的通风一 。 样，通风方式有多种选择，如均匀进风、集中进风、斜进风等．一些定性研究讲认为斜 进风方式换热能力较高，流动均匀性、舒适性较好，可能是一种比较合适的气流组织方 式。本文将在研究该通风方式流动和换热具体特点的基础上，着重揭示斜进风通风方式 当进风角度小于～定值时所存在的一类特殊现象——解的分叉现象，并在此基础上进一 步讨论其流动换热规律，为空间站舱内的通风换热系统的设计与选择及其工程应用提供 一定的依据。 国内外对流动静态分叉现象已有较多研究，但大多以大电流母线冷却等工程问题作 为其应用背景，因而所讨论的多是自然对流下的分叉问题。如Powe(1969)等人掰通过 奉项目袭画家航天963项目和国家自然毛；I学基盘项目蠢助 第一作者：男，】974年生，现为清华大掌经挤管理学院博士研究生 Ⅲ一12 实验手段研究了由水平柱形物体与其外圆柱形空腔所形成的环形空腔中的自然对流，给 出了在不同Gr数及内外半径比下的自然对流的流型分布图：刘继平、陶文铨(1995) 等人【41则用数值分析方法，对圆内正八边形与外圆所形成的环形空间中的二维稳态自然 对流问题进行了研究，并依据迭代初场的不同得到了与实验结果完全吻合的单涡和双涡 两种流型。本文将针对开口斜进风系统内的对流换热问题，以数值模拟为手段，研究其 流动分叉现象，并在此基础上将数值模拟结果与定性实验的结果进行比较。 二、物理模型与控制方程及其求解 斜进风通风方式的全称是“两顶角狭缝集中斜进风一两底角狭缝集中出风”．其通 风换热结构如图1所示。通过天花板两侧的狭长缝，将气流以一定的角度送入舱内，在 本文的研究中，进口风温恒定为20。C，送风量按照具体研究要求取相应的值。出风口在 绝 热 ^n，Tin ＼ V／in’耳“ 一 ’ ≯ 口热面 加热 ＼ ／加热 V4LTout ～