耦合表面张力的封闭腔体内管外自然对流传热特性

摘要

采用格子-玻尔兹曼方法 (LBM)构建了考虑表面张力影响下封闭腔体内加热圆柱外自然对流数学模型。在分别对自然对流与表面张力模型模拟验证的基础上,探究了液固表面张力与重力场下浮升力同时作用下加热圆柱外流体自然对流的传热特性。结果表明,在给定Ra数下(103≤Ra≤106),随着表面张力的增大(Oh数减小),封闭腔体内管外自然对流扰动会加剧,流型会变复杂,壁面换热效率有明显提高。在Ra数为105,长度比(加热圆柱半径和方腔长度之比)为1/10情况下,加入表面张力σ=0.076302N/mm (Oh=0.122),腔体左侧壁面平均努塞尔数和加热圆柱壁面与未加表面张力相比分别提高了93.5%和60.35%。当表面张力大小和自然对流的浮升力相当时,此时的流场波动更加明显剧烈,在一定范围内增大浮升力反而减弱换热。