4。1  问题描述 14

4。2  结果与分析 14

结论 19

致谢 20

参考文献 21

1 绪论

1。1 前言

封闭腔体内的自然对流换热在工程领域有着非常广泛的应用［1］，比如变压器中油的循 环、电子元件的散热、室内环境布置及各种换热器等，研究也有重要的实用价值,因而日益 得到重视，通过研究影响腔内自然对流换热因素，可找到提高或降低自然对流换热强度的 方法，从而解决工程中遇到的一些换热问题，提高工作效率。同时，封闭腔的自然对流换 热问题也是计算流体力学与数值传热学研究的经典课题之一［2］，内部含有方型障碍物或热 源的封闭方腔对流换热问题是其中的一个重要研究方向，国内外已很多人对此问题运用各 种数值方法来进行数值模拟计算或者进行实验研究，受到有关学者的广泛关注。文献综述

1。2 国内外研究现状

1。3 本文的研究内容

本研究的主要目标是要分析的矩形块均匀细分数量（N）、不同边界条件、不同长宽比(k) 对腔内自然对流的流动与换热的影响。固体块的划分按所得方块的总面积保持恒定这样一种 方式进行，细分所产生的每个块都是相同的，矩形的形式，并且均匀地分布在空腔内；长宽 比的变化也是在每个矩形块的面积保持恒定的情况下进行的。研究了一个正方形空腔含有方 块，水平壁绝热，竖直壁恒温但存在温差的封闭系统，用 LUENT 软件对整个过程进行数值 模拟，主要控制参数是 Ra 数、块的细分数量（N）、长宽比(k)，用控制变量法进行研究，并 详细分析了它们的变化对系统流动和传热特性影响的规律。

2 问题描述及物理模型

2。1 原理封闭空腔内的自然对流换热是数值传热学里的经典课题，这种流动属于作用在密度梯度 上的体积力引起的一种浮力诱发运动[10]。由于方腔内两垂直壁面间存在温差，空气先被高温 壁面加热，形成自然对流的温度边界层，在热壁面的空气被加热温度最高，流体温度产生变 化而引起密度差，产生浮力，右侧热壁附近的空气因浮力而向上运动，左侧冷壁温度最低， 空气被冷却密度变大，空气向下运动，从而推动空气在方腔内逆时针循环流动。在粘性力的 作用下，温度边界层内空气流动的速度较慢，当边界层内流速慢的分子扩散到外层时，会对 速度较快的分子产生阻碍作用，使部分层外空气减速从而使边界层的厚度增加。系统中边界 层的厚度与流体的流动状态主要是取决于浮力与粘性力之比[11]，即瑞利数 Ra 的大小，瑞利数 较大时，温度边界层厚度增加到粘滞力较弱的地方，流体循环流动速度较大，当粘滞力不能 抑制流体中的扰动因素时，温度边界层就开始产生漩涡最后发展为湍流。瑞利数较小时，温 差引起的流动形成一个温度均衡的边界层，流体沿逆时针方向做循环流动，流动速度较为缓 慢，流动为层流。本文主要讨论层流流动的影响。来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-

2。 2 物理模型

封闭方腔的物理模型如图 2。1-A 所示，上下壁面绝热，水平壁面温度保持恒定的恒温壁 面，左边为低温壁 Tc，右边是高温壁 Th，方腔外壳是一个边长为 L 的正方形，在其中心有一 个边长为 L1 的正方形方块，方块壁面都是绝热的，系统的重力加速度方向竖直向下。在方块 的总面积保持恒定的情况下将方块细分数量是按照 N=4n（n=0，1，2，3，4）的方式进行均 匀细分，细分所产生的每个块都是相同的正方形，均匀地分布在空腔内，小方块之间的间距 与它们的边长相等。