大空间建筑室内表面温度对流辐射耦合换热计算

建立了大空间建筑室内壁面导热、辐射和对流耦合换热热平衡方程,结合Gebhart吸收系数,利用预测室内空气垂直温度分布简易模型,提出了室内各表面温度分布的理论计算方法. 对国外模型实验数据验证的结果表明,计算所得表面温度与实验值吻合,表明了这是一种预测大空间建筑表面温度的有效方法.

基于对流辐射耦合换热的新型数据机房空调系统

针对现有数据机房存在局部环境热点的问题,提出了一种新型的对流辐射耦合换热空调系统。建立数值模型对典型数据机房空调系统进行了模拟研究,通过将模拟结果与实验数据进行对比分析,验证了该模型的可靠性。对比研究了新型数据机房空调系统与传统数据机房空调系统的流场分布及制冷性能。结果表明:在相同的送风温度下,新型数据机房空调系统的机架进口温度分布更加均匀;在满足ASHRAE标准的前提下,新型数据机房空调系统的送风温度可以提高2℃,能够有效降低数据机房的电能利用效率;辐射板对数据机房局部热点的改善效果明显,辐射板的温度设置为31℃较为合理。

烧结开孔金属泡沫壁的辐射和自然对流耦合换热试验研究

开展烧结开孔金属泡沫壁在大空间条件下的辐射和自然对流耦合换热试验研究,研究壁面倾角、瑞利数Ra*、泡沫厚度对换热性能的影响。试验所得竖直光铜板的结果与文献结果符合一致,验证了试验方案的有效性。试验结果表明:在一定的加热功率下,随着倾角的增加,纯自然对流努塞尔数和复合努塞尔数先增加后减小,在倾角为60o～80o达到极大值,且辐射换热量占总换热量的33%～44%;竖直放置时,烧结泡沫壁的辐射换热量占总换热量的比值小于光壁,且该值随泡沫厚度增加而增加。与光壁相比,烧结泡沫竖壁复合换热的平均努塞尔数和纯自然对流换热的平均努塞尔数分别提高了1.52～1.98倍和1.16～1.66倍。通过对红外相机拍摄的泡沫表面温度分布进行分析验证了基于泡沫表面平均温度的辐射换热量计算模型的有效性。

辐射对流耦合换热过程性能优化准则分析

(火积)耗散极值原理和基于(火积)理论的热阻最小原理在传热过程优化中有着广泛应用,但在多种传热方式耦合传热过程中的应用尚未见报道。本文针对一典型的辐射对流耦合传热问题,定义了耦合传热过程的总(火积)耗散率和总热阻,并用数值方法验证了在给定总发射率、辐射热端温度、冷却流体温度和对流换热系数的前提下,当(火积)耗散率取极大值和热阻取极小值时,对应着用最小的辐射换热温差获得最大的换热热流,从而说明了(火积)耗散极值原理和热阻最小原理在该耦合传热过程分析与优化中的适用性,而此时熵产最小原理并不适用。

高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型,建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM),空间离散采用二阶迎风TVD格式,对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算,将数值结果与试验数据进行广泛对比,验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明,火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值,随着飞行高度上升,辐射热流逐渐降低,火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势,并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。