有风条件下不同开口率圆柱形腔体复合热损失特性实验研究

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1、有风条件下不同开口率圆柱形腔体复合热损失特性实验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李德磊指导教师：吴双应教授专业：动力工程及工程热物理学科门类：工学重庆大学动力工程学院二O一五年四月ExperimentalInvestigationonCombinedHeatLossCharacteristicsofaCylindricalCavitywithDifferentOpeningRatiosunderEnvironmentalWindConditionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentofthe

2、RequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiDeleiSupervisedbyProf.WuShuangyingSpecialty:PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要开口腔体内的热损失机理广泛应用于各种工程应用领域中，如太阳能腔式吸热器、飞行器制动装置、电子元件冷却、建筑节能采暖等。本课题通过建立圆柱形腔体热损失性能测试实验台，采

3、用电加热方式，分为腔体底面和侧面同时加热、单独底面加热两种加热条件，探讨了有环境风条件下，不同开口率圆柱形腔体在不同腔体倾角、风速、风向角及热流密度时的复合热损失特性。实验结果表明，在全面加热工况下，腔体底面温度在很小范围内波动，腔体侧面的温度随着离底面的距离越大而显著减小，在侧面轴向位置与底面距离越远处即越靠近腔体开口平面，同一横截面的温度梯度越大。在单独底面加热工况下，腔体底面温度基本不变，腔体侧面的温度随着离底面的距离越大也显著减小，但是侧面轴向同一截面的温度梯度随距离底面位置变化不大。在两种加热方式下，有环境风且风速一定时，腔体的混合对流热损失和辐射热损失随着开口率的增大而

4、增大，导热热损失随着开口率的增大而减小，而无环境风时腔体的混合对流热损失随开口率的增大而减小，辐射和导热热损失变化规律一致；同时，小开口率时导热热损失大于辐射热损失，随着开口率增大导热热损失会小于辐射热损失，存在一个临界开口率使得二者相等，且全面加热时的临界开口率大于单独底面加热的临界开口率。当开口率一定时，随着风速的增大，辐射热损失和导热热损失减少，混合对流热损失增加。对于本课题有风条件下的不同开口率圆柱形腔体，在其它参数不变时，混合对流热损失努塞尔特数Nuc随着开口率和风速的增大而增大，辐射热损失努塞尔特数Nur随着开口率增大而增大，随着风速的增大而减小。混合对流热损失努塞尔特

5、数Nuc随风向角和腔体倾角变化规律比较复杂，且辐射热损失努塞尔特数Nur随风向角和腔体倾角变化很小，说明开口率才是影响Nuc和Nur的主要因素。此外，文中利用回归分析获得了不同条件下混合对流热损失努塞尔特数Nuc和辐射热损失努塞尔特数Nur的拟合关联式。并且为检验测量结果的可靠性，对其进行了详细的不确定度分析。关键词：开口圆柱形腔体，复合热损失，环境风，实验研究，不确定度评定I英文摘要ABSTRACTTheheatlosscharacteristicsinanopencavityhaveawiderangeofindustrialapplicationssuchassolarcav

6、ityreceiver,coolingofelectroniccomponents,thebreakingdeviceofaircraftandbuildingenergyconservationetc.Anexperimentalinvestigationontheheatlossesofacylindricalcavityisperformedtoexploretheeffectoftitleangles,windspeeds,windincidenceanglesandheatfluxontheheatlossesofthecavitywithdifferentopening

7、ratiosunderenvironmentalwindcondition.Thestudyuseselectricheatingmethodincludingallsurfacesheated(bothbottomandsidesurfaces)andonlythebottomsurfaceheated.Resultsrevealthat,forallsurfacesheatedcondition,thebottomwalltemperatureschangeina