耦合傳熱是指固體壁面和兩側(cè)流體的傳熱。固體壁面和兩側(cè)流體的溫度場將互相影響,通常必須同時確定。
耦合傳熱是指固體壁面和兩側(cè)流體的傳熱。固體壁面和兩側(cè)流體的溫度場將互相影響,通常必須同時確定。通常傳熱問題要在一定邊界條件下求解,然而實際具體問題往往并非完全如此,隨著固體壁面和兩側(cè)流體間的傳熱,有限厚度或影響區(qū)內(nèi)的溫度場在不斷改變。顯然,固體壁面和液體內(nèi)部的溫度場必須同時求解確定。固體和流體界面很大程度并非問題解的熱邊界條件,實際上溫度和熱流都是一個更大系統(tǒng)的一部分,即要由固體壁面和兩側(cè)流體在一起的系統(tǒng)共同確定。
目前主要采用下述措施: 1、研究應(yīng)用強化傳熱技術(shù),擴展傳熱面積和提高傳熱表面的傳熱性能; 2、改變換熱器折流板結(jié)構(gòu)(折流桿技術(shù)等)以提高殼程的傳熱膜系數(shù),增加介質(zhì)的湍流性,防止介質(zhì)走短流; 3換熱管內(nèi)...
傳熱學(xué)里面的 1)導(dǎo)熱系數(shù)的定義?2)傳熱系數(shù)的定義?
導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,℃),在1小時內(nèi),通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米•度(W/m•K,此處為K可用℃...
傳熱系數(shù)的單位是瓦/(平方米·度)(W/㎡·K,此處K可用℃代替)。傳熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度(K或℃),單位時間通過單位面積傳遞的熱量。拓展資料:影響因素:傳熱系數(shù)是一...
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氣凝膠是一種納米多孔隔熱材料,但力學(xué)強度差,通常添加纖維來提高材料的力學(xué)性能。建立基于光學(xué)厚的導(dǎo)熱與輻射耦合傳熱模型,揭示纖維種類對氣凝膠纖維復(fù)合材料的隔熱影響機制。結(jié)果表明,高溫下石英纖維b的消光系數(shù)最大,抑制輻射能力最強,鈉鈣玻璃纖維抑制輻射能力最差。纖維的選擇對提高材料的隔熱性能有顯著的影響。纖維復(fù)折射系數(shù)平均值越大,同時圍繞平均值向下波動越小,其消光系數(shù)越大。本文研究的4種復(fù)合材料,加入石英纖維b的復(fù)合材料的高溫整體熱導(dǎo)率最低。
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準(zhǔn)確計算空調(diào)負(fù)荷是進行地下建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié),空氣和巖壁的對流換熱屬于第四類邊界條件,傳統(tǒng)編程計算十分復(fù)雜。本文使用Fluent軟件對洞室?guī)r壁的非穩(wěn)態(tài)傳熱進行了計算。根據(jù)實例計算得出:間歇通風(fēng)條件下巖壁熱流通量達(dá)到穩(wěn)定所需的時間約為1個月,并比較了不同風(fēng)速和不同巖體材料時,洞室壁溫和室溫隨時間的變化狀況,為深埋地下洞室?guī)r壁的熱負(fù)荷計算提供了參考。
Stokos、Hooper、Kazemi-Kamyab等開發(fā)了將流體及固體內(nèi)所有物理過程進行瞬態(tài)緊耦合算法,能使計算結(jié)果與實驗結(jié)果高度吻合。但是,該瞬態(tài)緊耦合計算需要消耗大量的計算資源,難以用于解決實際復(fù)雜工程問題。
根據(jù)問題的特征,有些研究者近似認(rèn)為在計算時間內(nèi),某些參數(shù)的狀態(tài)是不變的,進而直接將瞬態(tài)問題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)問題。對于絕大多說不能通過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)處理直接轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)問題的瞬態(tài)問題,有些研究者主張保留耦合的非穩(wěn)態(tài)特性,提出各部分分別進行瞬態(tài)求解,并通過邊界條件、參數(shù)值及活動網(wǎng)格等方式進行實時信息交互的瞬態(tài)松耦合傳熱問題的求解。如 Bauman 和Kazemi-Kamyab等針對高超聲速流中固體表面帶輻射及燒蝕相變過程的流固耦合強制對流傳熱問題,提出將流體 Navier-Stokes 方程與固體導(dǎo)熱、輻射及燒蝕相變過程分別進行瞬態(tài)求解,并利用流體數(shù)值計算結(jié)果對其他求解方程的邊界溫度和熱流加以修正,直至迭代收斂。Lohner 等針對飛機氣彈分析中帶固體形變的流固耦合傳熱問題,將流體 Navier-Stokes 方程及固體導(dǎo)熱和應(yīng)變方程分別求解,并利用流體數(shù)值計算結(jié)果對其他求解方程的邊界溫度和熱流加以修正,同時利用固體應(yīng)變方程的計算結(jié)果修正流體耦合邊界位置和速度邊界條件,直至迭代收斂。
有些研究者提出了基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流場的松耦合算法,即近似認(rèn)為在整個流固耦合傳熱過程中,流場處于若干個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),每一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的流場都使用穩(wěn)態(tài) Navier-Stokes 方程求解。如 Kontinos結(jié)合二維邊界單元法和高超聲速計算流體力學(xué)( CFD) 算法的松耦合算法,分析了高超聲速流與機翼前緣的耦合傳熱問題。Chen 和Zhang等交替進行穩(wěn)態(tài)流場計算與固體燒蝕和瞬態(tài)導(dǎo)熱的松耦合算法計算了帶燒蝕的流固耦合傳熱問題。2100433B
流固耦合傳熱計算 的關(guān)鍵是實現(xiàn)流體與固體邊界上的熱量傳遞。由能量守恒可知 ,在流固耦合的交界面 ,固體傳出的熱量應(yīng)等于流體吸收的熱量,因此 ,流固邊界面上的熱量傳遞過程可表示為
在求解流固耦合的瞬態(tài)溫度場時,流體區(qū)域可按準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流場處理,即不考慮流場的動量和湍方程,則其控制方程式
固體區(qū)域控制方程以其基本導(dǎo)熱方程表示為
流固交界面上不考慮發(fā)生的輻射、燒蝕相變等過程,則流固交界面上滿足能量連續(xù)性條件,即溫度和熱流密度相等。具體控制方程式為
上述構(gòu)成了流固耦合瞬態(tài)溫度場控制方程,可以使用分區(qū)瞬態(tài)緊耦合算法進行求解。即在每個[t,t Δt]時間步長內(nèi),完成如下計算步驟:
1) 假定耦合邊界上的溫度分布,作為流體區(qū)域的邊界條件。
2) 對其中流體區(qū)域進行穩(wěn)態(tài)求解,得出耦合邊界上的局部熱流密度和溫度梯度,作為固體區(qū)域的邊界條件。
3) 求解固體區(qū)域,得出耦合邊界上新的溫度分布,作為流體區(qū)域的邊界條件。
4) 重復(fù) 2) 、3) 兩步計算,直到收斂。
對于某些流體與固體之間的對流換熱問題 ,熱邊界條件無法預(yù)先給定,而是受到流體與壁面之間相互作用的制約。這時無論界面上的溫度還是熱流密度都應(yīng)看成是計算結(jié)果的一 部分,而不是 已知條件。像這類熱邊界條
件是由熱量交換過程動態(tài)地加 以決定而不能預(yù)先規(guī)定的問題 ,稱為流固耦合傳熱問題。
用流固耦合傳熱方法可以將流體與固體之間復(fù)雜的外邊界條件變成相對簡單的內(nèi)邊界進行處理,不但減少了邊界條件,又符合實際狀態(tài) 從而提高了仿真的合理性和精度 。