二维局部受热腔体内电热对流问题模拟和分析

摘要

近些年,基于电场的主动强化传热技术因其对特殊环境的良好适用性而获得广泛关注,该问题由于涉及电场、电荷分布场、流场和温度场等多物理场的强烈非线性耦合,目前相关的理论分析和实验研究工作相对较少.本文采用格子Boltzmann方法对二维局部受热腔体内电热对流问题进行了模拟和分析,详细探究了无量纲参数如热瑞利数Ra、电瑞利数T、电极板的长度h和电极板中心到下壁面的距离δ对传热效率的影响,并对电热对流问题中的分岔结构进行了分析.数值结果表明,随着电瑞利数T的增加,传热效率逐渐增强,且电瑞利数T的分岔类型为亚临界型,而热瑞利数Ra表现为超临界型.当电瑞利数T足够大时,库仑力占据绝对优势,浮升力对传热的影响减弱,传热效率的变化不再依赖于热瑞利数Ra.另外,对比不同电极板位置的传热效率时发现电极板处于中间时传热效率最佳,并且电极板长度越短传热效率越高.本文的研究结果拓展了已有二维电热对流模型,可为其他非均匀温度边界电热对流问题的理论分析提供参考.