复杂几何结构腔体内冷水自然对流传热数值模拟.docx

檭檭檭檭檭殐研究论文复杂几何结构腔体内冷水自然对流传热数值模拟胡宇鹏１，莫东鸣１，２，李友荣１（１ 重庆大学动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重 檭檭檭檭檭殐 研究论文 复杂几何结构腔体内冷水自然对流传热数值模拟 胡宇鹏１，莫东鸣１，２，李友荣１ （１ 重庆大学动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆 ４０００４４； ２ 重庆工业职业技术学院机械工程学院，重庆 ４０１１２０） 摘要：利用有限容积法对复杂几何结构异形腔体内具有密度极值的冷水自然对流传热进行了一系列数值模拟， 获得了多种异形腔体内不同密度倒置参数和 Ｒａｙｌｅｉｇｈ数下的流场和温度场 、壁面局部和平均 Ｎｕｓｓｅｌｔ数 等的变化 规律。结果表明：密度倒置参数对流场结构、壁面局部 Ｎｕｓｓｅｌｔ数 分布和平均 Ｎｕｓｓｅｌｔ数 影 响 较 大； 径 深 比 较 小 时，流动较强，随着径深比的增大，流动减弱；相同条件 下， 改变外壁面几何结构， 封闭腔体内温度场、 流 场 及壁面传热特性都有不同程度的变化。 关键词：自然对流；密度极值；传热；几何结构；数值模拟 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８－１１５７．２０１４．ｚ１．０１１ 中图分类号：ＴＫ１２４ 文献标志码：Ａ 文章编号 ：０４３８—１１５７（２０１４）Ｓ１—０６６—０７ Ｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｎｅａｒｉｔｓｄｅｎｓｉｔｙｍａｘｉｍｕｍｉｎ ｃａｖｉｔｙｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｍｅｔｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＨＵ Ｙｕｐｅｎｇ１，ＭＯ Ｄｏｎｇｍｉｎｇ１，２，ＬＩＹｏｕｒｏｎｇ１ （１ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｏｗ－ｇｒａｄｅＥｎｅｒｇｙＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｎｅａｒｉｔｓｄｅｎｓｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍｉｎａ ｃａｖｉｔｙｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｍｅｔｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｖｏｌｕｍｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄｓａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｌｏｃａｌａｎｄａｖｅｒａｇｅＮｕｓｓｅｌｔｏｎｔｈｅｗａｌｌｗｉｔｈｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈｎｕｍｂｅｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｎｔｈｅｆｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅｆｌｏｗｉｎｔｅｎｓｉｔｙｂｅｃｏｍｅｓ ｗｅａｋｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｆｌｏｗ，ｔｈｅｒｍａｌｆｉｅｌｄｓａｎｄｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｅｓｖａｒｙｉｎｄｅｇｒｅｅｗｉｔｈｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｏｕｔｗａｌｌｃｈａｎｇｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｎｓｉｔｙｍａｘｉｍｕｍ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｇｅｏｍｅｔｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 业生产过程中，例如核反应堆、蓄热蓄冷装置、太 阳能集热器、电子设备的冷却等。近几十年来，关 于封闭腔体内自然对流传热的研究主要集中于水平 引 言 封闭腔体内的自然对流传热广泛存在于各种工 ２０１４－０１－２０收 到初稿 ，２０１４－０１－３０收 到修改稿。 联系人： 李友 荣。 第 一 作 者： 胡 宇 鹏 （１９８７—）， 男， 博 士 研 究生。 基金项目： 国家自然科学基金项目 。 Ｒｅｃｅｉｖｅｄｄａｔｅ：２０１４－０１－２０． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬＩ Ｙｏｕｒｏｎｇ，ｌｉｙｏｕｒｏｎｇ ＠ ｃｑｕ． ｅｄｕ．ｃｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｔｅｍ：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙｔｈｅ Ｎａｔｉ