管道外空气的自然对流.docVIP

1.绪论 1.1引言 1.2对流传热的定义 1.3研究对流传热的意义 1.4对流传热的影响因素 1.5对流传热的分类 2. 自然对流传热现象的特点 2.1大空间自然对流的基本概念 2.2 大空间自然对流的应用 2.2.1大空间内圆柱自然对流工业应用特点 2.2.2大空间自然对流在输电线上的应用 2.2.3大空间自然对流在微小元器件冷却的应用 3 应用ANSYS软件进行水平圆管道外空气自然对流的数值模拟。 3.1 ANSYS软件介绍 2.1.1 ANSYS简介 2.1.2 ANSYS主要功能 2.1.3 ANSYS软件主要特点 3.2建立水平圆管道外空气自然对流的数学模型。 2.2.1建立实体模型 2.2.2 建立有限元模型 3.3 进行网格划分，生成有限单元网格，为施加载荷和求解做好准备 2.3.1定义单元类型 2.3.2 定义网格生成控制 2.3.3 生成网格 4. 应用ANSYS软件求解水平圆管道外空气自然对流问题 4.1 定义边界条件 4.2 求解问题 4.3温度场分布图 4.4生成速度矢量图 5. 实验验证 5.1 进行模拟结果分析 5.2将求解结果与相关实验数据进行对比验证 6.总结 1.1引言 自然界和工程技术问题中存在着大量因为温度差引起的密度差异，最终导致流体发生运动的现象，大到影响整个地球环境和气候变迁的大气层环流，海洋中的洋流，小到生活中每天用的电冰箱的冷却器，冬季采暖的散热器，以及工业上许多未加强迫流动措施的散热装置，像电力变压器，架空热力管道和输电线，以及大量电子元器件的肋片式散热器，电厂内的蒸汽管道，换热站的换热器，以及在锅炉的空气预热器中，等等。某些场合，自然对流散热可能成为能否保证设备安全的关键因素，更重要的是，在某些场合，自然对流换热可能成为保证人身设备安全的关键因素，例如核反应堆的失水事故始终是对人员和设备安全最重要的潜在威胁之一，要保证绝对安全，就必须做到即使在满负荷情况下突然停泵，没有冷剂补充也不执行任何人工操作，靠一回路流体的自然对流也能把堆芯的剩余衰变热量带出来，使堆芯不致出现过热 。 在没有强制的流动速度而流体内仍存在对流流动的情况，这种情况称之为自由运动或自然对流。因为自然对流牟流速一般远小于强迫对流的相应的速度，相应的对流传递速率也小，这也许会使人们认为自然对流过程不大重要。其实应消除这种误解，在许多含有多种传热效应的系统中，自然对流引起的传热热阻最大，并且在一些工程应用上还必需用自然对流而非强迫对流，比如空气中的输电线，而且自然对流不用投入一些动力，而是流体本身密度差引起的，所以可以降低运行费用。自然对流有很多用途，它在很大程度上影响管道，输电线路以及各种电子设备上的散热，自然对流都很重要的，自然对流也与环境科学有关，在环境科学中自然对流引起海洋和大气运动，并影响与之有关的热量交换和质量交换过 程。 对流传热的定义 热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷，热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅发生在流体中，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而对流必然伴随有热传导现象。工程上特别感兴趣的是流体流过物体表面是流体与物体表面之间的热量传递过程，并称之为对流传热。 流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。对流传热的换热量用牛顿冷却公式计算。对单位面积有 ， 其中为表面传热系数，为壁面温度和流体温度的温度差，为热流密度，单位是。 对于面积为A的接触面 ， 其中为对流传热表面传热系数，为换热面A上流体与固体表面的平均温度差。工程计算中无论流体被冷却还是被加热，化热量总是取正值，因此及也取正值。 表面传热系数的大小与对流传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于流体的物性（等）以及换热表面的形状，大小与布置，而且还与流速有密切的关系。在下列表中给出了几种对流传热过程表面传热系数数值的大致范围。 过程 / 自然对流： 空气 1～～～～～～～ρ、动力粘度Π、导热系数λ以及比定压热容Cp等都会影响流体中速度的分布及热量的传递。因而影响对流传热。 1.5对流传热的分类 对流传热现象可以分为有相变与无相变的对流传热。在有相变对流传热中可分为沸腾传热和凝结传热。沸腾传热可以分为大容器沸腾传热和管内沸腾传热。凝结传热可分为管外凝结传热和管内凝结传热。在无相变的对流传热中可分为混合对流、强制对流与自然对流。强制对流可分为内部流动传热与外部流动传热。自然对流传热可分为大空间自然对流传热和有限空间自然对流。 自然对流传热现象的特点： 边界层中的速度与温度分布 现以一块竖直地置于流体空间中的温度均匀的固体平壁附近形成的自然对流为例来分析。一般情况下，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在贴壁处，流体温度等于壁面温度tw,在离开壁面的方向上