多开口方腔内自然对流的流动与传热特性
万方数据
第４期王长宏等：多开口方腔内自然对流的流动与传热特性?８３１?
引言
研究多开口方腔内的自然对流，在建筑室内通风与节能、楼梯井火灾的传播、电子元件的冷却、微电子先进封装电镀过程的热一质传递以及许多化工过程中换热设备的节能等领域都具有广泛的应用与重要意义［１～３。与封闭方腔内的流体流动相比较，开口方腔内的流体由于受腔内、外流体密度及腔体各种物理参数影响，使得流体流动规律更具复杂性。所以，掌握方腔内流体的流动与换热特性是优化工程设计参数的有效途径。自２０世纪８０年代始，开口方腔内的自然对流问题就引起了国内外研究者的注意。其中，Ａｎｄｅｒｓｅｎ［５１假设方腔为内部流体充分混合、密度是统一的单区域，并从理论上推导了其内部流体的流动状况；Ｍｉｙａｍｏｔｏ等［６卅把单区域模型发展为双区域模型，通过理论推导和小规模的实验验证分析流体流动特性与物理参数的关系；Ｌｉ等［９以１１改进前人的模型，并研究多层次开口与中和面位置的关系。Ａｗｂｉ等［１２。”１采用数值模拟方法研究区域内流体流动规律。
本文以三开口方腔模型作为研究对象，热源驱动流体流动，因此流体密度随温度线性变化，通过ＣＦＤ模拟计算，分析比较开口方腔内不同热源强度下４种通风模式的气流流动特性和换热规律。
１理论模型与求解
１．１物理模型
为了研究开口方腔内热源驱动的流体流动，在如图１所示边长为Ｈ的方腔内，左右边界上共开设３个开口，分别为顶部开口Ｕ０（ｕｐｐｅｒｏｐｅｎ—ｉｎｇ）、中部开口Ｍ０（ｍｉｄｄｌｅｏｐｅｎｉｎｇ）、Ｐ底部开口
ｆ
Ｌ——＋ｊ卜—一
图１三开口方腔物理模型
Ｆｉｇ．１ＰｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｎｃｌｏｓｕｒｅｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｏｐｅｎｉｎｇｓＢＯ（ｂｏｔｔｏｍｏｐｅｎｉｎｇ）；开口长度均为Ｈ／ＩＯ，开口处的空气温度与外界温度相等，均为Ｔｏ，开口的流动参数由数值计算决定。除开口与热源以外的部分均可视为绝热固体壁面。线热源的尺度及其类型对气流流动范围存在影响，但对流体流动规律影响不大，所以本模型选择热源位于底部中心位置，长度为ｚ／Ｈ＝０．５，温度为Ｔｈ。
本文主要研究了４种不同的开口通风模式，其通风模式及开口位置如图２所示。
图２开口方腔通风模式
Ｆｉｇ．２Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｅｎｃｌｏｓｕｒｅ
ｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｏｐｅｎｉｎｇｓ
１．２数学模型
假定研究的自然对流流体为不可压缩、二维、层流，稳态；气流的热物性参数均视为常数，但密度随温度变化并遵循Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假设ｍ］．根据以上两条假设，得到自然对流的量纲１控制方程
一３Ｕ十一ａｖａｘａＹ—Ｏ（１）
Ｖ、●，去（ｕｕ）＋壶（ｙＬ，）一一孺ａＰ＋Ｐ｝（乃ａ２ＦＵ＋襄等）（２）去（Ⅲ）＋品（ｗ）＝一蓦＋Ｐｒ（筹＋茅＋ＲＡＰｒＴ
（３）去（Ｕ丁）＋品（ｗ）一祭＋筝（４）上述控制方程（１）～（４）中分别采用Ｈ、“。、Ａｔ＝Ｔｈ—Ｔｏ作为长度、速度和温度的量纲特征尺度。其中，（Ｘ，ｙ）＝（ｚ，Ｙ）／Ｈ，（【，，Ｖ＞＝（“，ｖ）／ｕ。，Ｐ＝ｐ／ｐｕ：，Ｔ＝（Ｔ—Ｔｏ）／Ａｔ分别是量纲１坐标、速度、压力和温度。热源强度Ｒａｙｌｅｉｇｈ数Ｒａ＝ｇｐＡｔＨ３／姬，物性参数Ｐｒａｎｄｔｌ数Ｐｒ＝ｖ／ａ，
均为量纲１控制参数。
万方数据
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第４期王长宏等：多开口方腔内自然对流的流动与传热特性?８３３?２．２热源强度Ｒａ变化
热源温度与开口处空气温度的差是方腔内流体
流动的驱动力。研究中对ＭＯ在固定位置下不同
热源强度（Ｒａ＝１０３～１０６）的情况都进行了模拟
计算，并选取几个位置的结果以揭示其规律，见图
４。方腔内热源强度Ｒａ的增大使流体流动更剧烈，
加速热源表面的换热。Ｒａ越大，Ｎｕ越大，则换
热效果越好。当活动开口Ｍ０设置在靠近底部
（ｈ／Ｈ＝０．１５），热源强度非常大（Ｒａ＝１０６）时，
模式ｌ、模式３的换热效果都略优于模式２和模式
４；当活动开口ＭＯ设置在靠近中部（ｈ／Ｈ一０．５）
时，模式２、模式４的换热能力与模式１、模式３
有细微差别；当活动开口Ｍ０设置在靠近顶部
（ｈ／Ｈ＝０．８５）时，４种情况的换热效果相当，’均
随着热源强度的增强而增强。方腔内的有效通风量
Ｑ随Ｒａ的增大而增大。在热源Ｒａ＝１０６时，活动
开口Ｍｏ位于．｝ｌ／Ｈ一０．１５、０．５０位置上，模式１
和模式３的有效通风量Ｑ］最大；而Ｍ０位于ｈ／Ｈ＝
０．８５位置时，模式２的有效通风量略大于其他通
风方式。由此可见，４种通风模式的换热量与有效
通风量随热源的变化大小和规律是统一的，而在热
源一定的情况下，通风方式对换热能力Ｎｕ和有效
通风量Ｑ的影响不是太大。
２．３活动开口ＭＯ位置变化
考虑活动开口Ｍ０高度变化的影响，总结了４
种不同通风模式下的流动变化规律如图５所示。图
中代表换热能力的Ｎｕ和Ｑ，并不是随着ＭＯ高度图４热源换热性能平均Ｎｕ。。。Ｉｔ数、量纲１有效
上升单调递增或者递减，而是随着Ｍ０靠近底部通风量随热源强度Ｒｄ变化
Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＭＯｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＲａｏｎｈｅａｔ
ｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｆｌｏｗｒａｔｅ
和顶部递增，在靠近中部时出现最小值。模式２中
＾／Ｈ一０．０５、＾／Ｈ＝０．９５，模式３中＾／Ｈ一０．９５
以及模式４中ｈ／Ｈ＝０．０５均属于活动开口Ｍ０与
固定开口（ＢＯ或ＵＯ）重叠的情况，总开口面积
由０．３减少至０．２，因此会削弱换热能力和减少有
效通风量。
当热源强度Ｒａ＝１０３时［图５（ａ）］，当ＭＯ
位于ｈ／Ｈ＝Ｏ．１５，模式１及模式３的Ｎｕ出现最大
值，换热能力比其他通风方式、ＭＯ在任何位置的
情况都要强；当ＭＯ位于ＩＩｌ／Ｈ＝０．６５时，４种情
况的Ｎｕ均达到最小值，即换热效果都最差。
万方数据
?８３４?化工学报第５９卷当Ｒａ＝１０４时，换热效果最好的通风方式是
模式４的ＭＯ位于ｈ／Ｈ＝０．１５的情况；而模式１
和模式３分别在ｈ／Ｈ一０．５０、０．４５的中间开口的
情况下热源换热能力最差。同时，从模式３的曲线
可以看出设置３个开口（ｈ／Ｈ＝０．４５）的换热效果
比２个开口（ｈ／Ｈ一０．９５）还差得多，即开口总面
积的增大并不一定对换热有利。当Ｒａ一１０５时，换
热效果最好的情况同时出现在ＭＯ位于顶端的位置
上，即出口的总面积（ＵＯ＋ＭＯ）为进口（ＢＯ）的
２倍；而换热效果最差的情况出现在模式２中
ｈ／Ｈ＝Ｏ．１５的位置，该处进口的总面积（Ｂ０＋ＭＯ）
为出口（Ｕ０）的２倍。也就是说，增大模式２的进
口面积使流体的流速大大降低，因而降低换热能力。
当ｎａ１０６时，模式１和模式３中ｈ／Ｈ＝０．１５的位
置处热源的换热能力是最强，而在模式２和模式４
中ｈ／Ｈ＝Ｏ．２５的位置上热源的Ｎｕ达到最小值。
图５热源换热性能、有效通风量随活动
开口高度ｈ／Ｈ的变化
Ｆｉｇ．５Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ
ｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｖａｒｉｅｄＭＯｐｏｓｉｔｉｏｎ
有效通风量Ｑ与表征换热能力的Ｎｕ的变化趋
势基本相同（图５），即活动开口Ｍ０越靠近顶端
（ＵＯ）或底端（Ｂ０），有效通风量Ｑ越大。当ＭＯ
（ＪＩｌ＝ｏ．１５，０．８５）与ＢＯ或Ｕ０邻近形成一个２倍
大开口时，无论是作为进口还是出口，通风量Ｑ都
达到最大值；且增大出口面积比进口面积更有利于
增大通风量Ｑ。但是，当热源强度很强的时候
（Ｒ口＝１０６），模式１和模式３在位于ｈ／Ｈ＝Ｏ：２５的
位置时，即增大进口面积，有效通风量比其他情况
都要大。ＭＯ在中部时有效通风量臼出现最小值， 万方数据
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多开口方腔内自然对流的流动与传热特性
作者：王长宏， 朱冬生， 吕琪铭， 涂善东， WANG Changhong， ZHU Dongsheng， L(U) Qiming ， TU Shandong
作者单位：王长宏,WANG Changhong(华南理工大学化工与能源学院传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东,广州,510640)， 朱冬生,ZHU Dongsheng(华南理工大学化工与能源学院传热强化与
过程节能教育部重点实验室,广东,广州,510640;华东理工大学机械与动力工程学院,上海
,200237)， 吕琪铭,L(U) Qiming(广东省冶金建筑设计研究院,广东,广州,510080)， 涂善
东,TU Shandong(华东理工大学机械与动力工程学院,上海,200237)
刊名：
化工学报
英文刊名：JOURNAL OF CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING(CHINA)
年，卷(期)：2008,59(4)
参考文献(15条)
1.Wang Shengwei;Zhu Dongsheng Application of CFD in retrofitting large fans of air-conditioning systems in industrial buildings[外文期刊] 2003(09)
2.蒋翔;朱冬生;唐广栋Effect of inlet-air velocity distribution on performance of evaporative condenser[期刊论文]-华南理工大学学报(自然科学版) 2006(08)
3.Gladstone C;Woods A W On buoyancy driven natural ventilation of a room with a heated floor[外文期刊] 2001(0)
4.Li Yuguo Buoyancy-driven natural ventilation in a thermally stratified one-zone building 2000
5.周萍;周乃君;蒋爱华传递过程原理及其数值仿真 2006
6.Patankar S V Numerical Heat Transfer and Fluid Flow 1984
7.Awbi H B Scale effect in room airflow studies 1990(03)
8.邓启红Modeling and characteristic indoor air convection 2003
9.Fitagerald S D;Woods A W Natural ventilation of a room with vents at multiple levels[外文期刊] 2004(5)
10.Chen Z D;Li Y G Buoyancy-driven displacement natural ventilation in a single-zone building with three-level openings[外文期刊] 2002
11.Linden P F;Copper P Multiple sources of buoyancy in a naturally ventilated enclosure[外文期刊] 1996(0)
12.Linden P F;Lane-Serff G F;Smeed D A Empting filling boxes:the fluid mechanics of natural ventilation 1990
13.Miyamoto M;Kuehn T H;Goldstein R J;Katoh Y Two-dimensional laminar natural convection heat transfer from a fully or partially open square cavity 1989
14.Andersen K T Theoretical consideration on natural ventilation by thermal buoyancy 1995(02)
15.Tanda G;Misal M;Devia F Experimental heat transfer from a vertical plate within a naturally ventilated cabinet 2000
本文链接：https://www.360docs.net/doc/c814503597.html,/Periodical_hgxb200804005.aspx
自然对流关键设置
自然对流关键设置 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
fluent自然对流模拟关键点 关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。 3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下 （2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。 （3）对上述两种选择的解释
首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。 第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！
冷热圆管在封闭方腔内不同垂直位置的自然对流数值研究
2015年第34卷第6期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1595· 化工进展 冷热圆管在封闭方腔内不同垂直位置的自然对流数值研究 沈中将，虞斌 （南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京211816） 摘要：利用有限体积法对冷热圆管在封闭方腔内不同垂直位置的自然对流现象进行了数值研究。讨论了瑞利数Ra和冷热圆管间距δ对方腔内自然对流流动与换热的影响，其中瑞利数的变化范围为103～106，圆管间距变化范围为0.3～0.6。为了揭示冷热圆管间的相互作用和圆管与方腔间的相互作用对自然对流换热与流动的影响规律，比较分析了热圆管在上、冷圆管在下和热圆管在下、冷圆管在上两种情形下冷热圆管、方腔的自然对流换热能力的差异。研究表明：瑞利数的改变，对方腔内温度场分布和涡流结构有显著影响；热圆管在下、冷圆管在上这种情形更有利于自然对流换热的进行；增加圆管间距δ，热圆管和方腔的换热能力增强，但冷圆管的换热能力却有所减弱。研究结果为核电站安全壳非能动余热排出系统的性能研究提供了理论依据。 关键词：自然对流；方腔；冷热圆管；垂直位置；数值模拟 中图分类号：TK 124 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2015）06–1595–07 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.06.015 A numerical study of natural convection with hot and cold cylinders at different horizontal positions vertically aligned in square enclosure SHEN Zhongjiang，YU Bin （School of Mechanical and Power Engineering，Nanjing Technology University，Nanjing 211816，Jiangsu，China）Abstract：A numerical simulation of natural convection with a pair of hot and cold cylinders at different horizontal positions vertically aligned in square enclosure was obtained using finite volume method. The main affecting factors natural convective flow and heat transfer，including the Rayleigh number Ra and hot-cold cylinders spacing δ were analyzed. The Rayleigh number ranged from 103 to 106 and the hot-cold cylinders spacing δ varied from 0.3 to 0.6. In order to investigate the interaction between the two cylinders and the interaction between the inner cylinders and the cold enclosure，two different cases were considered，including the case of the hot cylinder upper section and the cold cylinder lower section and the case of the hot cylinder lower section and the cold cylinder upper section. The results showed that the intensity of natural convection had a significant impact on distribution of temperature and vortex structure in the enclosure. The situation of the hot cylinder lower section and the cold cylinder upper section was more favorable to natural convection. Heat capacity of hot cylinder and square enclosure increased and that of cold cylinder decreased when cylinder spacing δ increased. The results provided a theoretical basis for the performance of nuclear power plant containment passive residual heat removal system. Key words：natural convection；square enclosure；hot and cold cylinders；vertical location；numerical simulation 封闭方腔内自然对流流动与换热特性在工程领域中有着广泛的应用。例如换热器、太阳能集热收稿日期：2014-10-28；修改稿日期：2014-12-08。 第一作者：沈中将（1989—），男，硕士研究生。联系人：虞斌，教授，主要从事高效传热传质设备研究。E-mail abyu@https://www.360docs.net/doc/c814503597.html,。
自然对流关键设置
fluent自然对流模拟关键点关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。
3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下
（2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。
（3）对上述两种选择的解释 首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢？有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted 选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！
封闭方腔自然对流换热
封闭方腔自然对流换热 描述该物理模型的无量纲方程组为： 连续性方程：()() 0d U d U dx dy ρρ+= 动量方程：2222U V P U U U V X Y X X Y ?????+=-++????? 2222Pr U V P U U Ra U V X Y X X Y ?????+=-+++Θ????? 能量方程：22221Pr U V X Y X Y ?? ?Θ?Θ?Θ?Θ+=+ ??????? 其中，无量纲几何参数,x y X Y l l = = ；无量纲速度ul U v =，vl V ν = ；无量纲压力() 02 /p gy p v l ρρ+= ，无量纲温度0h c T T T T -Θ=-；普朗特数Pr p c v a l μ==；瑞利数 ()3h c g T T l Ra va β-=，空气的体胀系数1p T ρβρ??? =- ????，λ 为空气的导热系数。
、 具体模拟计算参数： 55 35 3,500,360,0.0033331.74510,Pr 0.712, 2.36101.11/, 1.9310h c L m T K T K v a kg m βρμ---=====?==?==? 对方腔划分网格，采取的是60?60网格，，壁面处加密。在FLUENT 软件中，使用分离求解器 求解控制方程组。材料的物性设置密度使用Boussinesq 假设。 本例主要分别计算了数为3 4456110 ,110,510,110,110?????的情况。压力插值方案选择Body Force Weighted 格式；压力-速度耦合方程用SIMPLE 算法；动量、能量方程选择二阶迎风格式。 有公式：()3h c g T T l Ra va β-=可得对应的g 入下表所示 本模拟与文献中的Nu 比较
自然对流换热试验
自然对流换热实验报告 一、实验目的 （1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。 （2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。 （3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出 Pr Gr 的范围。 二、实验原理 对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 r h c Φ-Φ=Φ （W ） 式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；??? ???????? ??-??? ??=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以 ? ?????????? ??-??? ??---=4 f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UI h ε[]）（K /W ?m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，） （420K m /W 67.5?=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2?m 。 当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。 根据相似理论，自然对流换热的准则为 Pr),(Gr f Nr = 在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即 n Gr c Nr Pr)(= 式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。为
自然对流与强制对流及计算实例
自然对流与强制对流及计算实例 热设计是电子设备开发中必不可少的环节。本连载从热设计的基础——传热着手，介绍基本的热设计方法。前面介绍的热传导具有消除个体内温差的效果。上篇绍 的热对流，则具有降低平均温度的效果。 下面就通过具体的计算来分别说明自然对流与强制对流的情况。 首先，自然对流的传热系数可以表述为公式（2）。 热流量=自然对流传热系数X物体表面积X（表面温度-流体温度）???（2） 很多文献中都记载了计算传热系数的公式，可以把流体的特性值带入公式中进行计算，可以适用于所有流体。但每次计算的时候，都必须代入五个特性值。因此，公式（3）事先代入了空气的特性值，简化了公式。 自然对流传热系数 h=2 .51C （/T/L）0.25 （W/m2K ???（3） 2.51 是代入空气的特性值后求得的系数。如果是向水中散热，2.51 需要换成水的特性值。 公式（3）出现了C、L、/T三个参数。C和L从表1中选择。例如，发热板竖立和横躺时，周围空气的流动各不相同。对流传热系数也会随之改变，系数C就负责吸收这一差异。 代表长度L与C是成对定义的。计算代表长度的公式因物体形状而异，因此，在计算的时候，需要从表1 中选择相似的形状。 需要注意的是，表示大小的L位于分母。这就表示物体越小，对流传热系数越大。 /T是指公式（2）中的（表面温度-流体温度）。温差变大后，传热系数也会变大。物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那部分空气的升温越大。因此，风速加快后，传热系数也会变大。 公式（3）叫做“半理论半实验公式”。第二篇中介绍的热传导公式能够通过求解微分方程的方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用的理论公式。能建立理论公式的，只有产生的气流较简单的平板垂直放置的情况。因为在这种情况下，理论上的温度边界线的厚度可以计算出来。
自然对流强化换热
自然对流强化换热 班级：14040203 姓名：吴端 学号：2011040402121
1.概述 当前，对于自然对流换热问题的研究没有强迫对流研究那样开展得广泛。一方面是由于自然对流强化效果没有强迫对流换热强化效果好；另一方面是由于自然对流强化的途径少难度大，所以自然对流的研究进展缓慢。但自然对流应用有自己的领域，强迫对流又有其制约因素，尤其是随着电子集成电路的发展，自然对流强化换热的问题越来越受到学者的关注。 利用振动强化单相流体对流换热的方法可分为两种：一种是使换热面振动以强化换热；另一种是使流体脉动或振动以强化换热。研究表明，不管是换热面振动还是流体振动，对单相流体的自然对流和强制对流换热都是有强化作用的。振动可以增大流体间的扰动，干扰附面层的形成和发展，从而减小换热热阻，达到强化换热的目的。 2.原理 利用振动可以强化传热早已为人们所认识，在1923年就有关于在静止流体中振动换热面以增强传热效果的相关研究。早期研究的主要手段为传热实验，随着数值计算方法及计算机技术的发展，自80年代人们开始对振动对流换热问题进行数值分析。研究结果表明，换热面在流体中振动时，根据振动系统的不同，自然对流换热系数可提高30%~2000%。。传热实验中，采用的振动源形式主要有以下几种： 1)机械振动或电动机驱动偏心装置产生，早期的实验均采用该方法； 2)流体绕流诱导传热元件产生，如在换热器中的管束： 3)超声波激励换热元件产生。下面分别就这三个方面分别展开综述，其中，A表示振幅，厂表示振动频率，D表示管直径，U表示来流速度，尺P表示雷诺数，h表示表面传热系数。 机械振动为传热实验中最为常用的振动源，一般情况下，机械振动装置结构简单，并且能够比较方便调节振幅、频率等参数，这对于深入研究振动参数对传热的影响具有不可替代的作用。 表1．2、1．3分别为自然对流、强制对流条件下振动传热研究概况，表中
幂律流体方腔自然对流换热数值分析精品
【关键字】建议、意见、情况、方法、条件、进展、空间、领域、质量、地方、问题、机制、有效、充分、整体、现代、快速、发展、建立、提出、发现、掌握、了解、研究、合力、规律、特点、位置、关键、安全、稳定、网络、理想、思想、成果、精神、基础、需要、环境、工程、能力、方式、作用、结构、水平、速度、关系、设置、分析、简化、形成、丰富、严格、开展、保证、确保、指导、强化、帮助、支持、解决、优化、调整、取决于、适应、实现、提 学号 密级__________ 哈尔滨工程大学学士学位论文 幂律流体方腔自然对流换热数值分析 院（系）名称：核科学与技术学院 专业名称：核工程与核技术 学生姓名：XXX 指导教师：XXX 教授 哈尔滨工程大学 201X年X 月
学号 密级____________ 幂律流体方腔自然对流数值分析Numerical Analysis of Pow-law Fluid Natural Convection in Square Cavity 学生姓名：XXX 所在学院：核科学与技术学院 所在专业：核工程与核技术 指导教师：XXX 职称：教授 所在单位：哈尔滨工程大学 论文提交日期：201X年6月16日 论文答辩日期：201X年6月21日 学位授予单位：哈尔滨工程大学
摘要 封闭方腔自然对流问题对核反应堆的安全设计有着重要意义，但是目前已有研究大多围绕牛顿流体进行，而实际上自然界大多数流体为幂律流体，针对幂律流体在方腔内自然对流换热的研究是有实际意义的。 本文先对方腔建立了物理模型，然后利用GAMBIT软件对其进行网格划分。为了提高精度和减少计算时间，本文采用非均匀网格划分，将划分好的网格导入FLUENT 中后，通过FLUENT软件进行数值模拟。本文主要研究幂律指数和瑞利数对自然对流换热的影响。结果表明幂律指数和瑞利数对幂律流体方腔自然对流均有较大影响，且随着幂律指数和瑞利数的增大，方腔内的自然对流越来越剧烈。当幂律指数大于10时，方腔内的流动由层流转为湍流。 关键词：幂律流体；自然对流换热；方腔
传热学 热对流 计算 (1)
1、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm的加热管。管的内壁温度保持100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m2/s，Pr =3.54。 2、取外掠平板边界层的流动由层流转化为湍流的临界雷诺数5×105,试计算25℃的空气和水达到临界雷诺数时所需要的平板长度,取u =1m/s，ν空气=15.53×10-6m2/s,ν水=0.905×10-6。 3、试推导努谢尔特关于层流膜状凝结的理论解 4、用实验测定一薄壁管流体平均对流换热系数。蒸汽在管外凝结并维持管内壁温度为100℃。水在管内流动流量为G=0.5Kg/s，水温从15℃升到45℃。管的内径d=50mm，长L=4.5m。试求管内流体与壁面间的平均换热系数。已知水在30℃时c p=4.174KJ/(Kg.K)
5、以0.8m/s 的流速在内径为2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为60℃，水的平均温度为30℃，管长2m ，试求水所吸收的热量。已知30℃时水的物性参数为：Pr =5.42，c p =4.17KJ/(Kg.K)，λ=61.8×10-2 W/(m.K)，ρ=995.7Kg/m 3，μ =80.15×10-6 Kg/(m.s)；水60℃ 时的ν=0.4699×10-6 m 2/s ，水在管内流动准则方程式为 4 .08.0Pr Re 027.0f f f Nu =，适用条件：Re f =104-1.2×105，Pr f =0.6-120，水与壁面间的换热温差Δt ≤30℃。 6、计算一空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm ，管长 1.5m ，叉排形式，横向管间距S 1=50mm ，纵向管间距S 2=38mm ，管壁温度120℃，空气来流速度u f =4m/s ，空气进口温度20℃，出口温度40℃。已知空气物性：λf =0.0267W/(m.K)，νf =16.0×10-6m 2/s ，Pr f =0.701。最大流速u max = u f S 1/(S 1-d)；推荐关联式：m w f f n f f c Nu ??? ? ??=Pr Pr Pr Re 36.0（公式适 用条件：N ≥20，光管管束，Pr f =0.7～500，除Pr w 的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m 对气体m =0，对液体m =0.25，
4.7 方腔自然对流(8)
4.7方腔自然对流 4.7.1物理模型 一个边长为1m的正方形箱体，右墙温度为2000K，左墙温度为1000K，上下墙面绝热，重力方向向下，由于热重引起密度梯度，所以发展为浮力流。箱中的介质具有吸收性和散射性的，，因此墙壁间的辐射交换因存在吸收被减弱，同时也因为介质的散射作用而增强了，所有墙壁被认为是黑体。计算区域如图4-7-1所示。 图4-7-1 计算区域示意图 4.7.2在Gambit中建立模型 Step1：启动Gambit并选择求解器为Fluent5/6。 Step2：创建面 操作：→→ 打开对话框，输入长度和宽度100，在Direction中选择XY Centered。 Step3：划分面网格 1．操作：→→ 打开对话框如图4-7-2. （1）在Edges中选择正方形的四个边； （2）在Type中的下拉菜单中选择Successive Ratio； （3）选中Double sided前面的复选框； （4）输入Ratio1和Ratio2的值1.03； （5）点击Apply确认。
图4-7-2 网格划分设置对话框图4-7-3 划分面网格设置对话框 2．操作：→→ 打开对话框如图4-7-3所示，Internal size=1，其它保留默认。 Step4：设置边界类型 操作：→ ●在Name栏输入边界名称wall-1，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并 选中方腔左边边线。 ●在Name栏输入边界名称wall-2，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并 选中方腔右边边线。 ●在Name栏输入边界名称wall-3，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并 选中方腔其它两条边线。 Step5：输出网格文件 选中Export 2-D mesh 前面的复选框，输出网格文件。 4.7.3求解计算 Step1：导入并检查网格 1．读入网格文件 操作：Fil e→Read→Case... 找到文件后，单击OK按键确认。 2．检查网格
具有导热的竖环形封闭腔内自然对流数值研究
一第50卷第7期 原子能科学技术Vol.50,No.7一2016年7月Atomic Ener gy Science and Technolo gy Jul.2016 具有导热的竖环形封闭腔内 自然对流数值研究 马崇扬,张东辉,邓一云,卓一铸,申凤阳 (中国原子能科学研究院,北京一102413) 摘要:以中国实验快堆堆坑为计算原型,采用有限容积法对具有导热的竖环形封闭腔内自然对流进行了二维层流稳态数值研究三数值计算结果表明:在相同Ra 条件下,平均Nu 随曲率的增加而增加,随纵横比的增加而降低,但在低Ra 区,平均Nu 几乎不随纵横比变化;在低Ra 区,竖环形封闭腔内换热方式主要是导热,当Ra 大于某一临界值后,腔内对流换热的作用显著增强,并随Ra 的增大逐渐占据主导三关键词:自然对流;SIMPLE ; 数值研究中图分类号:TK124一一一文献标志码:A一一一文章编号:1000-6931(2016)07-1186-07 收稿日期:2015-07-14;修回日期:2015-12-07作者简介:马崇扬(1983 ),男,陕西定边人,工程师,博士研究生,核能科学与工程专业doi :10.7538/y zk.2016.50.07.1186Numerical Simulation of Natural Convection in Vertical Annular Enclosed Cavit y with Thermal Conduction MA Chon g -y an g ,ZHANG Don g -hui ,DENG Yun ,ZHUO Zhu ,SHEN Fen g -y an g (China Institute o f Atomic Ener g y ,Bei j in g 102413,China ) Abstract :一Takin g the p it of China Ex p erimental Fast Reactor as the p rotot yp e ,the finite volume method was ado p ted to conduct numerical simulation for a two -dimension lami -nar stead y -state natural convection in vertical annular enclosed cavit y .The results show that under the same conditions of Ra ,the avera g e Nu increases with the curvature ,while decreasin g with the increase of the as p ect ratio (ratio of hei g ht and g a p in annular enclosed cavit y ).But in lower Ra zone ,the avera g e Nu has little chan g e with as p ect ra -tio and the heat conduction is dominant.After the Ra exceeds critical value ,the heat convection makes a g reater im p act in cavit y and then g raduall y holds the dominant p osi -tions with the increase of Ra .Ke y words :natural convection ;SIMPLE ;numerical simulation 一一环形封闭腔内自然对流换热在自然界和工 程上有着广泛的应用三如太阳能收集器二被动 式太阳能住宅空调二建筑物失火时室内火焰的 扩散二电缆的绝热和热力贮存及核反应堆事故工况下的自然冷却以及乏燃料贮存等三从20世纪60年代开始,封闭空腔内的自然对流便开始受到研究者的关注,逐渐成为传热学的一个基本问题三针对不同的几何形状二
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 一、实验目的 1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。 2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13 Re Pr n Nu C =??。 3. 学习对流换热实验的测量方法。 二、实验原理 1对流换热的定义 对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 2、牛顿冷却公式 根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。 即：h= )(f W t t A Q -Q A t =?? w/m 2·K （8-1） 式中： Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m 2 ; w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃； f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃； t ?— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃； 3、影响h 的因素 1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况： 流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。
Re — 雷诺数， Re v ud = ， 雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。 上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。 3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr= α ν = cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾 4、对流换热方程的一般表达方式 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f = 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。 自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=v ul = 雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。其中U 为速度特征尺度，L 为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。 2).Pr= α ν 定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=λ hd （努谢尔数） 4).Gr= 2 3 ν t gad ? 式中a 为流体膨胀系数，v 为流体可运动系数。 格拉晓夫数 ，自然对流浮力和粘性力之比 ，控制长度和自然对流边界层厚度之比 。 5、对流换热的机理 热边界层 热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为 特征的流体薄层 热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。
多开口方腔内自然对流的流动与传热特性
万方数据
第４期王长宏等：多开口方腔内自然对流的流动与传热特性?８３１? 引言 研究多开口方腔内的自然对流，在建筑室内通风与节能、楼梯井火灾的传播、电子元件的冷却、微电子先进封装电镀过程的热一质传递以及许多化工过程中换热设备的节能等领域都具有广泛的应用与重要意义［１～３。与封闭方腔内的流体流动相比较，开口方腔内的流体由于受腔内、外流体密度及腔体各种物理参数影响，使得流体流动规律更具复杂性。所以，掌握方腔内流体的流动与换热特性是优化工程设计参数的有效途径。自２０世纪８０年代始，开口方腔内的自然对流问题就引起了国内外研究者的注意。其中，Ａｎｄｅｒｓｅｎ［５１假设方腔为内部流体充分混合、密度是统一的单区域，并从理论上推导了其内部流体的流动状况；Ｍｉｙａｍｏｔｏ等［６卅把单区域模型发展为双区域模型，通过理论推导和小规模的实验验证分析流体流动特性与物理参数的关系；Ｌｉ等［９以１１改进前人的模型，并研究多层次开口与中和面位置的关系。Ａｗｂｉ等［１２。”１采用数值模拟方法研究区域内流体流动规律。 本文以三开口方腔模型作为研究对象，热源驱动流体流动，因此流体密度随温度线性变化，通过ＣＦＤ模拟计算，分析比较开口方腔内不同热源强度下４种通风模式的气流流动特性和换热规律。 １理论模型与求解 １．１物理模型 为了研究开口方腔内热源驱动的流体流动，在如图１所示边长为Ｈ的方腔内，左右边界上共开设３个开口，分别为顶部开口Ｕ０（ｕｐｐｅｒｏｐｅｎ—ｉｎｇ）、中部开口Ｍ０（ｍｉｄｄｌｅｏｐｅｎｉｎｇ）、Ｐ底部开口 ｆ Ｌ——＋ｊ卜—一 图１三开口方腔物理模型 Ｆｉｇ．１ＰｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｎｃｌｏｓｕｒｅｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｏｐｅｎｉｎｇｓＢＯ（ｂｏｔｔｏｍｏｐｅｎｉｎｇ）；开口长度均为Ｈ／ＩＯ，开口处的空气温度与外界温度相等，均为Ｔｏ，开口的流动参数由数值计算决定。除开口与热源以外的部分均可视为绝热固体壁面。线热源的尺度及其类型对气流流动范围存在影响，但对流体流动规律影响不大，所以本模型选择热源位于底部中心位置，长度为ｚ／Ｈ＝０．５，温度为Ｔｈ。 本文主要研究了４种不同的开口通风模式，其通风模式及开口位置如图２所示。 图２开口方腔通风模式 Ｆｉｇ．２Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｏｐｅｎｉｎｇｓ １．２数学模型 假定研究的自然对流流体为不可压缩、二维、层流，稳态；气流的热物性参数均视为常数，但密度随温度变化并遵循Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假设ｍ］．根据以上两条假设，得到自然对流的量纲１控制方程 一３Ｕ十一ａｖａｘａＹ—Ｏ（１） Ｖ、●，去（ｕｕ）＋壶（ｙＬ，）一一孺ａＰ＋Ｐ｝（乃ａ２ＦＵ＋襄等）（２）去（Ⅲ）＋品（ｗ）＝一蓦＋Ｐｒ（筹＋茅＋ＲＡＰｒＴ （３）去（Ｕ丁）＋品（ｗ）一祭＋筝（４）上述控制方程（１）～（４）中分别采用Ｈ、“。、Ａｔ＝Ｔｈ—Ｔｏ作为长度、速度和温度的量纲特征尺度。其中，（Ｘ，ｙ）＝（ｚ，Ｙ）／Ｈ，（【，，Ｖ＞＝（“，ｖ）／ｕ。，Ｐ＝ｐ／ｐｕ：，Ｔ＝（Ｔ—Ｔｏ）／Ａｔ分别是量纲１坐标、速度、压力和温度。热源强度Ｒａｙｌｅｉｇｈ数Ｒａ＝ｇｐＡｔＨ３／姬，物性参数Ｐｒａｎｄｔｌ数Ｐｒ＝ｖ／ａ， 均为量纲１控制参数。 万方数据
自然对流关键设置
fluent自然对流模拟关键点 关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。 3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下 （2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。 （3）对上述两种选择的解释
首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢？有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。 第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！
空气沿横管外表面自然对流换热实验
实验三、空气沿横管外表面自然对流换热实验 一、实验目的 1、测定无限空间内水平横管和空气间自由流动时的放热系数。 2、根据自由流动放热过程的相似分析，将实验数据整理成准则方程式。 3、通过实验加深对相似理论的理解，并初步掌握在相似理论指导下进行实验研究的方法。 二、实验原理 根据相似原理，空气自由流动放热过程准则方程由下式描述： )(γγP G f N u ?= 通常用幂函数形式来表示：n u P G c N )(γγ?= 通过实验确定准则方程式的函数形式，即确定准则 方程式中的系数C 和指数n 。 λ αd N u = 2 32 2υβνβγt d g t g G ?= ?= α ν γ=P （ P γ准则数也可以根据定性温度由书后附录查得） d —定型尺寸即横管外径； g —重力加速度： t m —定性温度。 t m = 2 w f t t + △t — △t=t w -t f v —空气运动粘度； λ—空气导热系数； β—空气容积膨胀系数，β= 1 m T 为了具体确定（1）式，根据相似定理，通过实验测得或者从书后附录中查得上述所有物理量。而放热系数α是通过计算求得的。 由热量平衡，水平横管内电加热器发出的热量等于横管上空气自由流动放热量加横管辐射换热热量。 电加热器发热量 Q=IV （W ） 横管上空气自由流动放热量 Q=αF （t w -t f ） （W ） 其中；F=dI π2 （m ） I 为计算管长（m ）。 横管辐射换热量 Q=4 4[100100 f o T T C F ωε-（ ）（） ] （W ） 其中： ε—横管表面黑度，查附录7，磨光的铬ε=0.058； Co —黑体辐射系数，Co=5.67（W/㎡?K 4 ） 由于： Q=Q 1+Q 2 即： IV=4[100f o T F t t C F ωωαω-+-4 f T （）（）（）]100 44 [] 100W O f T IV C F F t t ωεα--=-f T （）（）100（） W/㎡?℃ （2） 三、实验装置 实验装置有试验管（为降低辐射散热量的影响，试管表面镀铬抛光），放试验管的支撑架，转换开关盒等。测量仪表有电位差计，直流电源。试验管上有热电偶（4对）嵌入管壁，可反映出管壁的热电势；电位差计上的“未知”接线柱按极性和转换开关盒上的接线柱（红正黑负）相连，用于测量室内空气和管壁的热电势；直流电源可输入稳定的电压和电流，使加热功率保持恒定 四、实验步骤： 1、连接加热器线路，经验查无误后即可接同电源，调节变压器到所需电压，进行加热。 2、正确连接热电偶测温线路， 3、每隔十分钟测热电偶电势一次，当电势不再随时间而变时，加热达到了稳定工况，以连续二次测定的平均值为测定结果，记录下来。 4、测定远离水平管处的空气温度t f 。 5、调节变压器，以达到在另一个温度下的稳定工况，以取得另外一组实验数据。
对流传热实验实验报告
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） * 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ；
L i —传热管测量段的实际长度，m 。 、 由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） ~ 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要
金属泡沫–水的自然对流换热实验研究
Advances in Porous Flow 渗流力学进展, 2016, 6(1), 1-8 Published Online March 2016 in Hans. https://www.360docs.net/doc/c814503597.html,/journal/apf https://www.360docs.net/doc/c814503597.html,/10.12677/apf.2016.61001 Experimental Investigation of Natural Convection in Metal Foam-Water Zhao Peng, Yang Pan, Weiyang Qian School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang Jiangxi Received: Mar. 6th, 2016; accepted: Mar. 28th, 2016; published: Mar. 31st, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/c814503597.html,/licenses/by/4.0/ Abstract In this paper, an experiment apparatus filled with metal foam-water is set up to investigate the problem of natural convection about porous medium. A mechanism of natural convection of metal foam-water is investigated by experiments. Influences of heating power and angle of inclination on natural convection in the cavity filled with metal foam-water are discussed. It is found that the Nusselt number increases with heating power and decreases with the angle of inclination and pore density PPI of metal foam. A correlation of Nusselt number and Raleigh number is obtained when the cavity is horizontal with 5 PPI and 10 PPI. Keywords Metal Foam-Water, Natural Convection, Difference of Temperature, Pore Density 金属泡沫–水的自然对流换热实验研究 彭招，潘阳，钱维扬 华东交通大学土木建筑学院，江西南昌 收稿日期：2016年3月6日；录用日期：2016年3月28日；发布日期：2016年3月31日 摘要 本文针对多孔介质材料中的自然对流换热问题，通过搭建充满金属泡沫–水的实验装置，探究了金属泡