《水平環縫內具有密度極值流體的自然對流換熱研究》是依託重慶大學，由李友榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水平環縫內具有密度極值流體的自然對流換熱研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李友榮
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
以水平環縫內具有密度極值流體的自然對流換熱問題為對象，採取實驗觀測和數值模擬相結合的方法研究其傳熱特性及其強化、流動結構型式及其演變過程等。首先，通過系統的實驗研究，獲取各種條件下的總體傳熱性能數據，整理得到傳熱關聯式；然後，通過可視化實驗，觀測流場結構、流動的穩定性和流型演變過程，分析傳熱性能與流型之間的關係，探討強化傳熱的有效途徑；最後，以實驗觀測為基礎，建立合理的物理數學模型，並進行直接數值模擬，確定流動失穩的臨界條件，獲取流動失穩後各種可能的流動結構及傳熱特性，藉助於POD (Proper orthogonal decomposition)技術探討流動失穩的物理機制。本研究對於豐富和發展具有密度極值流體的自然對流換熱理論具有重要理論意義和科學價值，並可望在探索具有密度極值流體的自然對流失穩機制方面獲得創新性的理論成果。
結題摘要
本項目以水平環縫內具有密度極值流體的自然對流傳熱問題為研究對象，採取實驗觀測和數值模擬相結合的方法研究其傳熱特性及其強化、流動結構型式及其演變過程等，得到了各種條件下的傳熱關聯式，揭示了流型演變與傳熱特性之間的關係。所得到的主要結論如下：（1）在同心水平圓形環縫內，在任何密度倒置參數下流場和溫度場都是關於垂直軸對稱的，流型主要取決於密度倒置參數和Rayleigh（Ra）數的大小。當Ra數增大到某一值時，在環縫上部或下部將會出現Bénard流胞，這種二次流胞的出現應該歸因於逆向密度梯度層內的Rayleigh-Bénard不穩定性。當Ra數更進一步增大時，流動會轉化為振盪對流，流場和溫度場不再對稱。內壁平均Nusselt（Nu）數隨Ra數和半徑比的增加而增大，隨密度倒置參數的增加而先減小、再增大，在密度倒置參數約為0.5時最小。（2）在垂直偏心環縫內，流型特徵與同心環縫類似，但Bénard流胞的數量會發生變化；在水平偏心環縫內，流型不再對稱，且隨著偏心距的增加，Bénard流胞出現的臨界Ra數減小。當流動轉化為振盪流動時，失穩機理與同心環縫相同。當Ra數較小時，隨著偏心距的增加，流動被強化，內壁平均Nu數增加，當Ra數較大時，流動失穩，偏心距對平均Nu數影響很小。（3）在橢圓環縫內，流場與溫度場會受到流道徑向比和橢圓比的影響，總的傳熱性能會隨著流道徑向比的減小和橢圓比的增加而增強。橢圓環縫繞垂線的偏轉會使流型更複雜，此時，流型和局部Nu數的對稱性消失，但是，內壁平均Nu數幾乎不變。（4）通過對徑深比為2的圓柱形腔內具有密度極值的冷水的自然對流的數值模擬結果表明，密度倒置現象對流動轉變的臨界Ra數和可能存在的流型具有重要的影響。當密度倒置參數為0.3時，在計算範圍內發現了8種可能存在的流型，而且，在某些Ra數範圍內，可能同時存在幾種流型。（5）當在水平環縫內壁設定三維擴展肋片時，內壁平均Nu數隨著肋片高度和肋片縱向間距的增加而增大，隨著肋片寬度的增加而減小，而每周分布肋片數對其影響很小。
