圆内开缝圆自然对流的三维数值模拟和实验

摘要

建立封闭圆内开缝圆自然对流的三维数学模型，采用QUICK 方法进行了数值模拟。当Ra 数较小时，数值结果整体表现为二维特性，与二维数值结果相差不大，并均与实验结果吻合很好。当Ra 数较大时，流动和换热出现振荡，整个区域数值结果都表现为三维特性，相对二维数值结果三维数值结果与实验结果吻合更好。利用激光干涉仪对两种不同内部结构的封闭圆内开缝圆自然对流换热进行了实验，对于封闭圆内水平开缝圆模型，实验得到的温度场是稳态的，整体呈现二维流动与换热特性。而对于封闭圆内竖直开缝圆模型，尽管轴向长度足够长且边界条件是稳态且对称的，但是实验中的温度场随时间不断变化，并且整个区域呈现明显的三维流动与换热特性，这时二维模型的数值结果与实验结果差别较大，而三维模型的数值结果不仅温度分布与实验结果吻合，而且能够预测实验中的自维持振荡现象。