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隔板对流系统中减小隔板厚度对增强传热影响

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 计算流体力学

高效的对流传热特性研究对工业设计中的热问题具有重大意义。已有研究发现隔板对流系统具有传热增强的能力。在一定隔板数的情况下，由于隔板的加入导致传热通道出现带温度漂移的单向层流流动，因此使得整个隔板对流系统的对流传热效率显著成倍增强，传热Nu数最高能增加200%以上。在上述问题中系统采用的是具有一定厚度的隔板，隔板厚度为系统高度的12%，数量较多的隔板占据了系统的空间，使得参与传热的流体量减少。本文通过二维DNS数值模拟，研究在隔板对流系统中加入薄隔板情况下的增强传热特性，隔板厚度为系统高度的1%。通过对计算结果的分析发现，系统中仍然出现绕隔板并具有温度漂移的流动，同样存在相间的热流向上和冷流向下现象。薄隔板与系统上下底板间存在很短的狭缝。由于短狭缝中水平流动快速流过，水平流动的加热过程变短，使得对比厚隔板狭缝流动产生的温度漂移量明显减少。厚隔板时狭缝高度是关键几何参数的特性消失，薄隔板情况下狭缝高度和通道宽度同时影响系统的温度和速度以及传热特性。采用薄隔板可以大量增加隔板数目，造成更多的单向层流传热通道，在系统中固体阻塞比较小。由于薄隔板系统中短狭缝的流动阻力较小，在更小的狭缝高度下仍能产生狭缝中的水平流动，使得系统中仍出现绕隔板的单向流动，而在厚隔板系统中对于小狭缝高度由于狭缝阻力问题无法产生水平射流，传热通道已不再出现单向流动，隔板对流系统变成多个独立的子腔，使得传热效率下降。因此，薄隔板对流系统在小狭缝高度时可以具有更好的增强传热效果，最优增强传热Nu数可以增加400%以上。