热辐射对圆管内层流半透明流体换热的影响

摘要

通过数值模拟圆管内半透明流体层流充分发展流动时的辐射与对流耦合换热 ,研究了辐射对耦合换热中的温度分布及对流换热的影响。流体是吸收、发射与各向同性散射常物性灰介质 ,管壁温度保持均匀、恒定。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分—微分形式的辐射传递方程 ,以获得介质内的辐射换热项 ,并将该项作为耦合换热能量控制方程的源项处理。采用控制容积法离散能量控制方程 ,并结合管内层流充分发展流的速度分布进行数值求解。在不同的贝克利数和光学厚度条件下 ,考察了介质的辐射—导热参数以及散射反照率对耦合换热中的无量纲温度分布及对流换热局部努谢尔数分布的影响。研究结果表明 ,热辐射对圆管内层流半透明流体的传热特征有重要影响。除了促进流体内温度场的发展外 ,热辐射作用还使对流换热局部努谢尔数分布发生较大变化。与相应条件下无辐射伴随发生的对流换热相比 ,辐射与对流耦合换热中的对流换热局部努谢尔数在加热起始位置附近的一个区域内首先下降 ,然后逐渐回升 ,随着热边界层的充分发展最终达到一个更高的数值 ,并保持稳定。对加热管 (流体被加热 )和冷却管两种不同场合中的耦合换热 ,热辐射在后者中所起的作用更加明显。