背景。在恒星对流区中,运动粘度与热扩散率之比,即普朗特数,远小于 1。目的。这项工作的主要目标是研究对流流动和能量传输的统计数据与普朗特数的关系。方法。采用笛卡尔几何中可压缩非旋转流体动力对流的三维数值模拟。对流区 (CZ) 位于两个稳定分层的层之间。在大多数情况下,熵波动扩散的主要贡献来自亚网格尺度扩散率,而平均辐射能量通量则由采用 Kramers 不透明度定律的扩散通量介导。在这里,我们分别研究上流和下流的统计和传输特性。结果。体积平均均方根速度随普朗特数的减小而增加。同时,下行流的填充因子会降低,导致在较低的普朗特数下,下行流平均会更强。这导致对流过冲对普朗特数有很强的依赖性。速度功率谱不会随着普朗特数的变化而发生明显变化,但对流层底部附近除外,因为那里垂直流占主导地位更为明显。在最高雷诺数下,速度功率谱与 Bolgiano-Obukhov k − 11 / 5 的兼容性比与 Kolmogorov-Obukhov k − 5 / 3 的兼容性更好
通过直接数值模拟研究了经典对称水平对流,瑞利数 Ra 最大为 3 × 10 12 ,普朗特数 Pr = 0 . 1、1 和 10 。对于这两种设置,在热量和动量传输方面的全局量非常一致。与 Shishkina 和 Wagner(Phys. Rev. Lett.,第 116 卷,2016,024302)类似,我们发现努塞尔特数 Nu 与 Ra 的缩放转变在 10 8 ⩽ Ra ⩽ 10 11 的区域中。在临界 Ra 以上,流动经历稳态-振荡转变(小 Pr )或从稳态转变为具有分离羽流的瞬态(大 Pr )。振荡开始于 Ra Pr − 1 ≈ 5 × 10 9 处,分离羽流开始于 Ra Pr 5 / 4 ≈ 9 × 10 10 处。这些开始与缩放转变的开始相吻合。
“能量通量的概念。”三种传热模式:传导、对流和辐射。传导和对流之间的耦合(现象学方法和传热系数的引入)。“稳态条件下和固定系统的稳态能量平衡。”稳态热传导的线性模型:热阻和热导率、翅片的模型和近似、理想和无限翅片的特殊情况。”不透明体和透明介质的概念。光谱和方向强度以及辐射通量。辐射通量的第一个表达式。”涉及辐射通量的边界条件。 “平衡辐射。光谱和方向吸收率、反射率和发射率。发射、吸收和辐射通量。辐射传输的简单模型。 “非稳定传导(热扩散现象)的物理学;特征时间和长度。维度分析。傅立叶数和毕奥数的物理解释和应用。半无限壁模型(或短时响应模型)。热信号的光谱分析。固定频率下的扩散现象退化为传播。有限系统的建模。 “热强制对流的维度方法。机械和热边界层的定性概念。雷诺数、普朗特数和努塞尔特数。外部和内部对流的经典方法(仅限于充分发展的状态)。层流-湍流过渡。水力直径的概念。
使用 Von Karman-Pohlhausen 动量积分法分析绝缘楔形表面上的加速流 Fazlar Rahman 机械与生产工程系 (MPE) Ahsanullah 科技大学 (AUST),孟加拉国 Tejgaon 工业区 通信电子邮件:Fazlar19@hotmail.com 摘要:使用 Von Karman-Pohlhausen 动量积分法研究了楔角在 0.50 度到 175 度之间的绝缘楔形表面上的加速流。楔形表面在前缘被绝缘,加热从绝缘区末端开始。研究了楔角对流动特性(例如边界层厚度、动量厚度、热边界层厚度和传热系数)的影响。从 Von Karman-Pohlhausen 动量积分法控制方程推导出各种楔角的流动特性方程,并用雷诺数、普朗特数和努塞尔特数表示。绘制结果以研究边界层内的流动,发现随着楔角增加到 105 度及以上,流动分离发生得更早。将 0.5 度楔角的流动特性结果与 Blasius 的平板精确解以及 VonKarman-Pohlhausen 的平板解进行了比较,以验证本文的分析。从分析中还可以看出,Von Karman-Pohl
摘要 尝试研究热源/热汇对具有感应磁场的垂直通道中磁流体力学自然对流的相关性。在统一热边界条件(等温和等通量边界条件)下,通过扰动法获得了能量方程微分方程组的解析解,针对小热泳动和布朗扩散参数。通过在 Maple 软件中引入 RKF45 还获得了流动方程的数值解。详细描述并讨论了主动参数如哈特曼数( Ha )、磁普朗特数( Pm )、热源/热汇参数(± S )、浮力比( Br )、布朗运动( Nb )和热泳参数( Nt )对速度、感应磁场、感应电流密度、纳米颗粒浓度、温度和表面摩擦的影响。结果表明,布朗运动参数 ( Nb ) 和浮力比 ( Br ) 增加可增强剪切应力,而哈特曼数 ( Ha ) 和热泳参数 ( Nt ) 则相反。结果还表明,哈特曼数 ( Ha ) 和热泳参数 ( Nt ) 可增强感应电流密度,而热沉参数 ( − S ) 则相反。最后,随着布朗运动参数 ( Nb ) 和热源参数 ( + S ) 的增加,纳米流体的温度可以升高。
A 表面 (m2) A 翅片横截面积 (m2) A 1 圆柱体内表面 (m2) A 1 与冷却空气接触的框架壳体表面 (m2) AF in 翅片表面 (m2) A f 框架壳体有效面积 (m2) 热容 (W x sl°C) C p 恒压比热容 (JIK11°C) 外径 (m) 标量因子 热导纳 (WI°C) [G] 导纳矩阵 对流传热系数 (w/ocm2) h f 框架薄膜系数 (WI°Cm2) 长度 (in) hFi „ 翅片薄膜系数 (W/°Cm2) H Fi„ 散热片轴向长度 (m) 电流 (A) k a 层压轴向热导率 (WI°Cm) k r 层压径向热导率 (WI°Cm) k e 表观热导率 (WI°Cm) k i 热导率槽绝缘的导热系数 (WI°Cm) k 翅片 翅片的热导率 (WI°Cm) k 空气 空气的热导率 (WI°Cm) l g 气隙长度 (m) N pr 普朗特数 A r u 努塞尔特数
1-D PCM 棒的横截面积,[m 2 ] 比热,[J kgK ⁄ ] 运行成本,[$ yr ⁄ ] 电价,[$ kWhr ⁄ ] 管材成本,[$ kg ⁄ ] PCM 材料成本,[$ kg ⁄ ] 管内传热系数,[W m 2 K ⁄ ] 总时间步数 电导率,[W mK ⁄ ] 管总长度,[m ] 平准化能源成本,[$ MWh ⁄ ] PCM 潜能,[kJ kg ⁄ ] 径向网格数 管长网格数 努塞尔特数 普朗特数 传热速率,[W] 传热速率,[W] HTF 总质量流速,[kg s ⁄ ] 环内半径,[m] 环状几何中的移动凝固前沿,[m]环形圆柱体 PCM 的热阻,[ m ] 圆柱体 PCM 内的热阻,[ KW ⁄ ] 导热流体内的热阻,[ KW ⁄ ] 雷诺数 温度,[ ℃ ] 边界冷却温度,[ ℃ ] 相变材料熔化温度,[ ℃ ] 管与圆柱体 PCM 之间的界面温度,[ ℃ ] 管内导热流体的速度,[ ms ⁄ ] 管壁厚度,[ mm ] 壳体厚度,[ mm ] 一维 PCM 棒的长度,[ m ] 每天运行小时数,[ hr ] 凝固时间,[ hr ] 移动凝固前沿,[ m ] 设备总寿命,[ yr ] 环形圆柱体 PCM 的轴长,[ m ] 两个坐标系之间的凝固前沿比率 密度,[ kg m 3 ⁄ ] 粘度,[ Pa ∙s ] 潜能储存系统的有效性矩形几何结构显热能分数因子 圆柱形几何结构显热能分数因子 差值或增量步长 泵效率
Wꞏm -2 ꞏK -4 ṁ 质量流量 (kg s -1 ) Փ 直径 (m) ∆P 压降 (Pa) θ 出口温度阈值系数 Pe 佩克莱特数,Pe=D p ꞏu sup /α Pr 普朗特数,Pr=C p,f ∙ μ f / λ frp 球体径向坐标 下标 r 罐体径向坐标 amb 环境 Ra 瑞利数,Ra= GrꞏPr Re 颗粒雷诺数,Re= ( ρ f ꞏD p ꞏu sup )/ μ fb 罐内直径的填料床区域 R int 罐体内半径 (m) ch 装料 R mid 罐体中部半径 (m) dis 卸料 R ext 罐体外半径 (m) eff 有效值 t 时间 (s) ext 罐体外表面 T 温度 (K) f 流体 TC 入口最冷工作温度 (K) TH 最高工作温度(K) int 罐内表面 T in 流体入口温度 (K) max 最大 T out 流体出口温度 (K) out 出口 T o 参考温度 (K) p 颗粒 TA A 位置的径向温度 rad 辐射 TB B 位置的径向温度 s 固体 TC C 位置的径向温度 sf 固体到流体相 u 间隙流体速度 (ms -1 ),u = ṁ /( ρ f ꞏεꞏπꞏR 2 int ) w 壁
A c 横截面积,[ m 2 ] A s , A h 总传热面积,[ m 2 ] β 表面密度,[ m 2 /m 3 ] 或整体压力梯度,[ Pa/m ] C p 恒压比热,[ J/ ( kgK )] Co 库仑数 d h 水力直径,[ m ] δ 翅片厚度,[ m ] ϵ 热交换器效率或湍流耗散,[ s ] 或翅片间距比 f c 核心摩擦系数 f 扇形 扇形摩擦系数 f 频率,[ Hz ] 或 Forschheimer 摩擦系数 G 质量流速,˙ m/A c , [ kg/ ( m 2 s )] γ 波纹间距比 h 对流膜系数 [ W/ ( m 2 K )] h f 压力损失,[ m ] η 0 , η f二次传热表面的有效性 j 科尔本系数 K c 入口损失系数 K e 出口损失系数 k 湍流动能,[ J/kg ] 或材料的热导率,[ W/ ( mK )] L , l 长度或翅片长度,[ m ] LMTD 对数平均温差,[ K ] M 马赫数 ˙ m 质量流量,[ kg/s ] µ 动态粘度,[ Pa · s ] N st 斯坦顿数 Nu 努塞尔特数 ν 运动粘度,[ m 2 /s ] P 周长,[ m ] 或流体压力,[ Pa ] Pr 普朗特数 Re 雷诺数 ρ 密度,[ kg/m 3 ] Q 或 ˙ Q 传递的热量,[ W ] Q 平衡 热交换器流之间的热平衡 Q 热 热交换器热侧发出的热量,[ W ] Q 冷热交换器的冷侧,[ W ] φ 流动面积与面面积之比或标准偏差 T 温度,[ K ] U 总传热系数 [ W/ ( m 2 K
凹坑表面技术旨在通过涡流强化通道中的传热,同时保持水力损失的适度增长,该技术在热能工程中有着广泛的应用[1,2]。微电子领域对此也产生了一定的兴趣[3-5],而关于普朗特数对层流传热强化影响的研究发表得就更少了。具体来说,在综述[2]中提到了[6,7]项研究,其中讨论了变压器油在加热壁面上具有单排球形和椭圆形凹坑的微通道中的流动。研究发现,在一个加热到 30 ◦ C 的九段微通道(宽度为 2,高度为 0.5,以通道高度为单位)的壁上,在低速(雷诺数 Re = 308)变压器油流动的情况下,定位具有中等深度(0.2)和螺距为 1.5 的球形凹坑,可以促进涡流强化传热,并且与光滑通道的情况相比,该壁面的传热增加了约 2.5 倍,水力损失减少了 7%。与光滑通道的情况相比,具有相同斑点面积(宽度为 0.55,长度为 1.5,以底部凹坑斑点直径为单位)和相同深度的椭圆形凹坑可以使传热进一步增强 3.4 倍(即,总共增强了 8.5 倍),水力损失减少 2.1%。 [8] 中发现了具有稀疏单排倾斜槽的通道稳定段中层流气流的局部加速。形成剪切流中的最大纵向速度几乎是平面平行通道中最大流速的 1.5 倍。后来确定,热效率由冲洗通道上平均的相对总努塞尔特数指定