过渡流态方腔自然对流传热稳定性分析

摘要

过渡流态流动换热普遍存在于实际的传热过程中，如航空航天系统的换热器，高压交流电系统换热，甚至血液流经大动脉有时也是过渡流态。过渡流态范围相对而言比较窄，流动及换热具有较强的不稳定性，尾流会出现周期性的振荡，振幅和频率的不断变化对流动换热特性具有很大影响。现阶段对于过渡流的研究，大部分集中在对其涡结构的动力学特征上，而对于过渡流态下的流动换热问题还缺乏系统的研究。对于参与性介质过渡流态下的对流-辐射耦合传热问题还鲜有相关的研究。
　　本文分别采用多松弛格子Boltzmann方法（MRT-LBM）和格子Boltzmann无网格多尺度混合算法（LB-DCM）对过渡流态自然对流传热以及过渡流态对流-辐射耦合传热的稳定性问题进行了数值研究。详细探讨了瑞利数Ra、普朗特数Pr、特征几何参数A以及内热源位置对自然对流传热稳定性的影响，并给出了不同条件下过渡流区域的变化图。同时，分析了特殊条件下系统的静态分岔和动态分岔现象，及其对过渡流态对流换热稳定性的影响。给出了过渡区域的临界普朗特数Prc曲线图以及系统发生叉型分岔的临界瑞利数Rac。当PrRac时，系统将存在两个稳定的耗散结构，且在相应的过渡区域内存在不同的换热过程。最后，对过渡流态对流-辐射耦合传热过程的稳定性进行了分析，重点研究了对流辐射参数Rc以及光学厚度τ对其的影响。结果表明，辐射效应使得过渡区域增大，系统更易处于周期性的振荡状态，同时使得换热强度显著增大。另一方面，对流辐射参数Rc和光学厚度τ的减小也会使得过渡区域增大，热辐射作用增强，对流换热作用减弱，总换热强度增大。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 格子Boltzmann方法的基本原理及分岔理论

2.1 格子Boltzmann方法的基本模型

2.2 格子Boltzmann无网格耦合算法

2.3 分岔理论简介

2.4 本章小结

第3章 过渡流态自然对流传热稳定性分析

3.1 引言

3.2 模型简介及程序验证

3.3 过渡流态自然对流传热过程的稳定性分析

3.4 普朗特数对过渡流态自然对流传热稳定性的影响

3.5 本章小结

第4章 几何特征及辐射效应对过渡流态对流传热的影响

4.1 引言

4.2 特征几何参数对过渡流态自然对流传热稳定性的影响

4.3 内热源位置对过渡流态自然对流传热稳定性的影响

4.4 参与性流体过渡流态对流-辐射耦合传热过程的稳定性分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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