文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123440
封闭方腔传热传质的影响
苏丹基金项目:国家自然科学基金(51076105)
作者简介:苏丹(1984- ),男,河南省鹤壁市,硕士研究生,从事传热及数值技术的研究
,杨茉,徐洪涛,徐文栋
(上海理工大学动力工程学院,上海,200093)
(Tel: **********, E-mail: 670032588@)
摘要:本文基于不可逆过程热力学原理, 在考虑交叉耦合扩散效应的基础上, 建立了2个物理量的梯度驱动下封闭空间内自然对流传热传质的数学模型。采用SIMPLE程序对室内环境中同时存在温度梯度、二氧化碳浓度梯度时的自然对流传热传质双扩散特性。在时不同浮升力率N下的温度场、浓度场和流场分布。最后得出,(1)在-<N<-,流线变化比较剧烈,浮升力率N在这段区域是个转折点,造成这种原因是因为多个梯度驱动下的流体过程中占据主导地位的驱动力发生了变化所致。在该点处多个组分的梯度引起的浮升力相互抵消,传热传质最弱;交叉扩散效应对传热传质有一定的影响。(2)我们可以预测在,流体流动主要是温度差引起浮生力驱动占主导地位。在,流体流动主要是浓度差引起浮生力驱动占主导地位。
关键词:封闭方腔,传热传质,浮升力率,数值模拟
1前言
当溶质进入具有不同温度的溶液中时,由于存在浓度和温度梯度,混合流体中会有热量和质量的扩散,进而发生自然对流现象. 这种由浓度梯度和温度梯度的综合效应引起的自然对流称为双扩散自然对流. 双扩散自然对流是一种常见的现象,在海洋学、大气物理学、地球物理学、生物流体力学以及化学动力学等领域中都会遇到这种流动. 由于热量和质量的扩散速度一般不同,双扩散对流比单纯由温度梯度引起的自然对流要复杂得多. 虽然人们很早就观察到了这种现象,但双扩散对流体运动的影响机制至今仍然不很清楚.
封闭方腔中双扩散自然对流在数值和实验研究都有些成果。例如Kamotani等[1]做了封闭方腔双扩散自然对流的实验工作。Kamakura和Ozoe[2]做了实验和数值工作。也有一些近期的相似贡献专门分析的边界层的,包括混合相似性/数字处理。这些工作的主要目标通常是分析结果流场结构和热质传递参数的函数在无量纲参数控制下的现象。还有一些贡献致力于双扩散自然对流在封闭方腔中充满一种多孔材料。例如Refs.[3][4]
2 数学模型和数值模型
物理模型
在分析领域,描绘在图1,一个长方形,二维腔,遭受着重力场的影响,方腔壁面都左右两个壁面是绝热壁面和不可参透壁面,上下两个壁面保持恒定但不同的温度和浓度,从而引起的双扩散自然对流[5]。为简化分析,做出以下基本假设:,层流::3:假设层流流动的条件不经历任何阶段的变化。在温度梯度和浓度梯度不变情况下,这种混合流体被认为是不可压缩流体:4,认为温度和浓度梯度影响压强分布。通过以上假设因此我们可以利用Boussinesq近似。
混合流体的密度变化是根据温度和浓度的变化而变化的。密度为,传热膨胀系数为,传质膨胀系数为。因此,如果给定一个初始密度,混合流体的密度可以写成如下的表达式
图1,封闭二维方腔物理模型
边界条件
其定义式分别为
,,,,,
,
如