豎直同心套管內多孔介質中復合對流傳熱的數值研究.pdf

1、多孔介質傳熱傳質常見于自然界和工業(yè)過程,涉及水利、地質、化工、環(huán)境等諸多領域,隨著核工業(yè)及電子產業(yè)的迅猛發(fā)展,多孔介質中的復合對流傳熱引起眾多研究者的關注.采用SIPMLE方法對豎直同心套管內多孔介質中的復合對流傳熱進行了數值研究,考察了外內徑比為2的套管環(huán)隙內熱浮力與主流同向和反向兩種情況下,壁面以等熱流密度加熱(冷卻),恒溫加熱(冷卻)以及絕熱等不同條件組合時的流動及傳熱特性.計算結果顯示:(1)在內壁面等熱流密度,外壁面絕熱情況下

2、,加熱(Gr>0)時速度峰值向內壁面偏移,外壁側流速減小;而冷卻時速度峰值則向外壁偏移,內壁流速減小并出現逆向回流.摩擦阻力的變化趨勢與速度類似,在產生逆向流處出現局部極小值.內壁面努塞爾數Nu在加熱時大于強制對流時的情形,且隨著格拉曉夫數Gr增大而增大;冷卻時的Nu數卻小于強制對流的情形,在Gr數較小時產生逆向流時出現極小值.Nu數隨達西數Da的增大而增大.(2)在內壁面恒溫,外壁面絕熱情況下,套管的水力進口段長度和熱進口段長度與等熱

3、流密度—絕熱情況相比大大延長.加熱與冷卻下的速度分布在流動達到充分發(fā)展后與強制對流(Gr=0)時的速度分布一致.內外壁面的摩擦阻力在達到最大(最小)值后逐漸趨于強制對流下的摩擦阻力.在進口段初期,冷卻下的溫度分布受自然對流的影響較大,Gr數較小時,溫度線出現交叉.加熱下的努塞爾數單調下降,并在Gr數較高時出現局部峰值.冷卻時的努塞爾數先降至最小值,然后逐漸回升至恒定值.Da數增大時,流體的對流作用明顯,內壁面努塞爾數增大.當Da數越小時

4、,充分發(fā)展后的速度分布曲線越平坦,當Da=10<'-4>時,速度分布接近于湍流的速度分布.(3)在內外壁面均為恒溫情況下,|Gr|較大時,加熱與冷卻時流體均出現了逆向回流,且在軸向一直保持S形速度分布.內外壁面的摩擦阻力系數變化相似,但因不同Gr數的影響趨于不同的恒定值.內壁面努塞爾隨著Z的增加而降低,隨著Gr數的增大而增大,在Gr數較小時,產生局部峰值.外壁面努塞爾數隨著Z的增加而增大,在Z<1.83時,冷卻下的努塞爾數高于加熱時的努