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竖直环形管内浮升力对流动与换热的影响

作　者: 谢涛
导　师: 邬田华
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程热物理
关键词: 混合对流竖直环形通道浮升力低雷诺数k-ε模型数值模拟
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

混合对流中的浮升力存在某些令人惊奇的现象,前人为了理解和利用这种现象开展了大量相关的研究,目前对于含浮升力的管道流动,Launder Sharma低雷诺数k-ε湍流模型在数值计算上具有较好的适用性,这些构成了我们研究的前提,即在热力系统中经常遇到的流体在一个表面加热而另一个表面近似绝热的环形垂直通道的流动与换热。本研究将主要从数值计算方面进行。前期解决了如研究数值计算方法、选择湍流模型、确定计算步骤等问题。后期本研究从一通用于管流的FORTRAN程序入手,分析其主体框架,清除无用的语句,并在对此认识的基础上进行对适用于本研究模型的程序的编写。通过不断的修改调试,最后可以得到收敛的解。得到初步的解后,我们将参考类似的实验获得的若干数据与计算结果进行比较。通过参考的实验,我们选用的具体实验模型为:竖直环形管长5m,中间有3m长的一段实验段,环形管外壁绝热直径140mm,内壁实验段均匀加热直径76mm。另外,计算的范围是Re:1300~4000,加热功率:约7.5 kw。对于数据分析,将进行三种类型的比较。一是直观的参考实验数据的分析;二是无参考实验数据的多种数据比较;三是同条件下计算数据与若干参考实验数据的比较。通过比较可以发现目前程序的编制对于向上流动适用性差。单纯对于向下流动时,该程序在低雷诺数时能得到较精确的结果且能反映相关特性。因而该程序还不具有广泛的适用性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 研究对象—混合对流  7-13
  1.2 研究背景及现状  13-14
  1.3 研究工作简介  14-15
2 数值模拟方法及湍流模型  15-29
  2.1 数值模拟方法  15-22
    2.1.1 湍流数值模拟方法  15-17
    2.1.2 编程环境的选择  17-18
    2.1.3 编程的步骤及其说明  18-22
  2.2 湍流模型  22-29
    2.2.1 涡粘系数模型  22-26
    2.2.2 雷诺应力模型  26-27
    2.2.3 RANS 模型的综合评述  27-29
3 混合对流数值模拟  29-47
  3.1 竖直环形管的数学描述  29-32
  3.2 程序介绍  32-42
    3.2.1 网格划分  35-36
    3.2.2 控制方程及边界条件的离散  36-38
    3.2.3 相关控制参数的处理  38-39
    3.2.4 温度场T 的求解说明  39
    3.2.5 SIMPLE 算法简介  39-40
    3.2.6 Thomas 算法简介  40
    3.2.7 敛散性的分析  40-41
    3.2.8 求解与后处理  41-42
  3.3 计算结果的验证  42-47
    3.3.1 参考实验简介  42-44
    3.3.2 计算结果的验证  44-47
4 竖直环形管混合对流时浮升力对流动与换热的影响  47-56
  4.1 浮升力对流动的影响  47-52
  4.2 浮升力对换热的影响  52-56
5 结论与展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

竖直环形管内浮升力对流动与换热的影响

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