有体积热源的矩形空腔内层流自然对流的数值模拟
山东二本大学排名及分数线-立春的习俗
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第２９卷第６期
２００７年１１月
南京工
业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ０Ｆ ＴＥＣＨＮ０Ｌ
０ＧＹ
Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．６
ＮＯＶ．２ｏ０７
有体积热源的矩形空腔内层流
自然对流的数值模拟
殷 亮，何嘉鹏，李 维，陈丽萍，程建杰，魏 玲
（南京
工业大学城市建设与安全环境学院，江苏南京２１０００９）
摘要：对具有内热源方腔的稳态层流耦合
自然对流换热进行了三维的数值模拟，采用的模拟代码基于连续介质
计算力学的开源库ＯｐｅｎＦｏａ
ｍ，解决了自然对流换热与固体传热的耦合问题．Ｒａ数的变化从１０ 到１０ ．对外壁面为
常温、
方腔内充满含体积热源流体的自然对流计算结果表明，温度场、速度场与非耦合的工况有很大差异．
关
键词：自然对流；耦合传热；数值模拟
中图分类号：ＴＫ１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１
—７６２７（２００７）０６—００３７～０５
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｌａｍｉｎａｒ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ｃａｖｉｔｙ <
br>ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｓ
ＹＩＮ Ｌｉａｎ
ｇ，ＨＥ Ｊｉａ—ｐｅｎｇ，ＬＩ Ｗｅｉ，ＣＨＥＮ Ｌｉ—ｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｊｉａｎ—ｊｉｅ，Ｗ
ＥＩ Ｌｉｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓａｆｅ
ｔｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ ｓｔｅａｄｙ，ｌａｍｉｎａｒ，ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｉｎ
ａ
ｓｑｕａｒｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｈｅａｒ
ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｄｅｓ ｄｅｖｅ
ｌｏｐｅｄ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｌｉｂｒａｒｙ ＯｐｅｎＦｏａｍ ｆｏｒ
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、Ｔｈｅ ｃｏｄｅｓ ｃｏｕｌｄ
ｐｅｒｆｏｒｍ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎ—
ｖｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｏ
ｌｉｄｓ ｗｉｔｈ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｎｕｍｂｅｒ ｗａｓ ｖａｒｉｅｄ ｆｒｏｍ １０ ｔｏ １
０ ．Ｏｕｔｓｉｄｅｓ ｏｆ ｗａｌｌｓ ｗｅｒｅ ｋｅｐｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅｔｉｒｃ ｈｅａ
ｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｉｌｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ
ｅｄ ａ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ
ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｉｅｌｄｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｃ
ｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｊｕｇ
ａｔｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
空腔内的自然对
流换热过程是一种常见的物理
过程．大气科学、宇航科学、建筑设计、燃烧设计如炉
膛的计
算以及太阳能利用工程等领域都涉及到空腔
然对流的影响．但是这些讨论都是建立在二维基础
之上的，有的还忽略固体壁面的影响，或者很少考虑
到在实际应用中涉及到的流体与固体问的传热耦
合
作用．Ｌｉａｑａｔ等 的讨论考虑了带内热源的空腔中
内的自然对流换热．其中内含热
源空腔的自然对流
换热是一种比较复杂的过程，已有很多文章作了讨
论，例如Ｍａｎ等¨
研究了带内热源空腔内的自然对
流换热，Ｍａｎａｂ等 研究了倾斜角度的影响，Ｚｈａｏ Ｊ 讨论了同时存在内外热源的问题，Ｄｏｎｇ等 探讨了
的层流自然对流过程与壁面的传热耦合．但
是这种
讨论还是立足于二维，其结果对工程应用和实践缺
少指导意义．
本文准备
利用由英国帝国大学的研究小组开发
几何形状对自然对流的影响，Ｐｏｌａｔ等 研究了一侧
开口的自然对流情形，Ｓｈａｒｉｆ 分析了壁面运动对自
收稿日期：２００７￣５—１５
的连续介质计算力学的类库ＯｐｅｎＦｏａｍ，在三维基础
上对自然对流与固壁的耦合传热问题进一
步讨论，
作者简介：殷亮（１９７８一），男，江苏泰兴人，讲师，主要研究方向为传热强化，Ｅ—ｍ
ａｉｌ：ｌｉｇｈｔｈｅｒｍｏ＠ｓｉｎａ．ＣＯＩ￣Ｉ