单个局部内热源和外部加热同时作用时封闭空腔内的自然对流换热

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1、2一51990年7月垂大学学报Vo1．13．．第l3卷笫4蛳0URNA乙Ot’CHONGQlNGUNIVERSITY7u1．00O单个局部内热源和外部加热同时作用时封闭空腔内的自然对流换热NATURALCONVECTIONHEATTRANSFERINANEXTERNAELYHEATEDENCLOSUREW1THALOCALINTERNALHEATSOURCE夏吉良辛啊道张洪济XiaJiliangXinMingdaoZhangHongji‘．(工程热物理研究所)攮要本文描逮同时由一十局部内热l源和外部

2、加热引起的封闭空腔内非稳杰、二维、层德自然对流数值分析结果，研究了外部雷利教，局部内热源相对强度、位置及尺寸太小的影响．给出了速度蚜和温度分布，得到丁热壁和砖壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时问的变化。主囊词!婴曼望皇壁局部内主外趣!数值研究中国图书资料分类法分类号TKl24ABSTRACTNLn~．ericatstudyresultsofnaturalconvectioninanexternallyheatedenclosurecontainingalocalinternalheatso

3、urcearedescribed，theeffectsofexternalRayleighnumber，relativeinternsityofthelocalinternalheat~,oLirce，andpositlonandsizeoftheheatsourceonnaturalconvectioninanenclosureatesvst—ematicallyanalysed,andtheunsteadyandsteadyflowandheattransferperfornlaneesareg

4、iven．SUBJECTWORDSnaturalconvection；endosure；localinternalheatsourceexternalheating．一、前言内热源诱导的自然对流，泛地存在于桉反应堆设计、地质物理、天体物理、化学反应与发酵过程及电子器件。j光器鳟领域，因而已受到各国研究者越来越广泛韵重视。文献(1—3]对均匀分布内热源和外部』】口热间时作用引起的封闭空腔内的自然对流进行了研究．但以往的研究通常是针对稳态情况对非稳态特性很少加“考虑。而且据我们所知．由局部内热收文日期蝇

5、B午1月21稿奉课题为国家教委科学基金簧助项鼠24重庆大学学报1990年源和外部加热同时作用j起的封闭空腔内自然列流至今还没有研究报导。本文作者对局部分布内热源处于空腔底部绝热表面中央区域时的情况进行了数值分析(4，5]本文进一步研究单个局部内热源和外部加热同时作用g『起的封闭空腔内的非稳态、二维、层流自然对流，系统地考察了外部雷利数局部内热源相对强度、局部热源位置及其尺寸大小对腔内流动与传热的影响，给出了空腔内非稳态及稳态的流动与传热特性。二、分析问题的物理模型及坐标系统如图l所示。_扫J始时刻，

6、腔壁及腔内流体处于均匀温度且流体静止．空腔的两个竖表面处于均匀温度下(分别为R和T。)，两个水平表面绝热．且腔内存在一个局部内热源。认为Bcusselxesp-近似是可信的。忽略辐射效应、牯性耗能及压缩功对传热的影响．腔内对流图l物理模型处于层流状态。质量、动量及能量守恒方程的无量纲形式如下~U十,oV孜=O(1)+u+V=一+r(azU+)(2)++V一一争仙(+磐)(3)+u+V+恤’(4)这里Ra·RaJ／'Racx∈(x-x]-Y∈[Y，Y](5)L0其它Ra为内部雷利数Ra与外部雷利数Ra

7、。之比，其表示局部内热源的相对强度。边界条件和初始条件为U—o，V=0．一0Y：0，l，f>0(6)u0．V=0口=lx=o，f>0(7)u=0，V0．自=0x=l，>0(8)u=0，V=0，目=0，Ra’=00(9)本研究中，控制方程用元体有限差分法进行数值求解。采甩的数值方程与文献(4，5]的相同。己经表明所用的数值方法是可信的。-由总能量平衡方程要求：R一一牒dY+Ra一～j：(一：)dY一。(1())P,a“A。Ra’．(11)常4期夏吉良等：单个局部内热源和外部加热l司时作用时封闭空腔内的

8、自然对流换热这里我们称Ra“为当量内热源相对强度或当量雷利数比，A‘为局部内热源所占面积占整个空腔面积的份额或叫面积比计算结果表明，在昕有考虑的情况下，方程(11)被满足的精度为lO～从方程(1—4)及(11)可看出，对于具有局部内热源的封闭空腔内的自然对流，主要控制参数是Pr，Ra、A‘、Ra’或Ra“以及内热源位置(x，Y；)。值得指出的是，Ra”表示当量内热源的相对强度。Ra’或Ra“充作一个独立参数而不是局部的内部雷利数Ral。因此Nu一一』ldyRa．，Ra