大温差封闭腔体自然对流数值模拟

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1、分类号学号1203240436而妥達统科技太#学位论文大温差封闭腔体自然对流数值模拟作者__________李_1___________指导教师姓名张鸿雁教授______崔海航副教授气、申请学位级别____________专业名称论文提交日期2015.05论立答辩日期2015.06学位授予单位函妥邊統斜妓太營答辩委员会主席^评阅人樊越胜_本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果

2、。与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存学位论文。(保密的论文在论文解密后应遵守此规定）本人授权中国学术期刊（光盘版）杂志社、中国科学技术信息研究所等单位将本学位论文收录到有关“学位论文数据库”之中，并通过网络向社会公众提供信息服务。

3、因某种特殊原因需要延迟发布学位论文电子版，同意在□—年/□两年/□三年以后，在网络上全文发布。（此声明处不勾选的，默认为即时公开）注：请将此页附在论文首页。西安建筑科技大学硕士学位论文大温差封闭腔体自然对流数值模拟专业：供热、供燃气、通风及空调工程硕士生：李明指导老师：张鸿雁教授崔海航副教授摘要大温差自然对流换热在实际工程中有着十分广泛的应用背景。随着微型化、高能量密度器件的发展以及对提高能源利用率的要求，使得大温差下的自然对流换热问题研究变得日益迫切。由于受到高温条件的限制，现有针对大温差自然对流的实验研究较为困难。现有研究大多基于数值模拟的方法，但是大温差下自然对流数值

4、计算方法的选择对计算结果的精度影响较大，所以本文采用数值模拟手段对大温差下封闭腔体自然对流换热进行研究。本文采用Fluent软件进行数值模拟研究。由于在大温差下自然对流换热中流体物性随温度变化较大，采用定物性方法计算时存在较大的计算精度偏差。首先，本文采用Boussinesq近似、不可压-理想气体及密度线性差分三种密度处理方法对大温差封闭方腔进行定常数值模拟研究；同时，对于导热系数和粘性系数分别采用物性线性差分和定物性两种不同物性处理方法进行自然对流数值模拟研究。其次，本文进一步考虑形状因子的影响，对实际工程中应用较为广泛的圆柱腔体进行数值模拟研究，分析圆柱表面曲率对自然对

5、流换热的影响。最后，本文对大温差自然对流换热的瞬态特性进行初步研究。结果表明：首先，在温差较小时(40K～200K)的自然对流中，采用Boussinesq近似方法计算所得结果与另外两种方法之间的相对偏差较小,最大偏差不超过5%，同时可以减少计算量，加速收敛；在温差较大时（200K～1000K），气体压缩性和密度变化不可忽略，采用Boussinesq近似方法计算产生的相对偏差随之增大，最偏差已达到18%，Boussinesq近似将不能精确地描述流体的流动。同时，在温差较大（T>600K）时，自然对流数值模拟需要考虑导热系数以及粘性系数随温度变化对计算的影响。此外，表面曲率是

6、影响圆柱腔体自然对流换热的重要因素，其热壁面平均努赛特数Nuave会逐渐趋近于方腔；同时，在温差和表面曲率较大时，西安建筑科技大学硕士学位论文基于Boussinesq近似方法的预测存在较大偏差。最后，通过瞬态数值模拟研究表明自然对流换热特性随时间的依赖特性。本文通过对不同物性处理方法在封闭腔体自然对流数值模拟中的相对精度的研究，有助于在数值模拟中提供一定的参考依据，并在工程应用与实践方面具有重要意义。关键词：自然对流；大温差；Boussinesq近似；表面曲率；数值模拟西安建筑科技大学硕士学位论文Numericalsimulationoflarge-temperature-

7、differencenaturalconvectionintheenclosedcavitySpecialty:Heating,GasSupplying,VentilationandAirConditioningName:LiMingInstructor:Prof.ZhangHong-yanA/P.CuiHai-hangAbstractNaturalconvectionheattransferoflargetemperaturedifferencehasaverywiderangeofapplicationsbac