离散热源的自然对流换热数值模拟.pdf

2009年12月
吉林电力
Dec,2009
第37卷第6期(总第205期)
Jilin Electric Power
Vol 37 No 6(Ser. No 205)
离散热源的自然对流换热数值模拟
Numerical Simulation of Natural Convection Heat Transfer Induced
by Discrete Heat Source
华泽嘉,徐焕
(东北电力大学,吉林吉林132012)
要:利用 FLUENT软件对有离散热源的封闭腔内的自然对流换热进行数值模拟,对不同瑞利数Ra下的自然
对流换热的情况进行计算,得出随着Ra的增加,空腔内部的等温线由垂直变为水平,换热逐渐从导热占主导地位
变为由对流换热占主导地位,平均努塞尔数Nao随着Ra的增加而增加;对于有离散热源的电子元件,为了增加元
件的使用寿命,降低经济威本,可采用增加Ra的方法来增加元件内的自然对流换热能力
关键词:自然对流换热;离散热源;瑞利数;平均努塞尔数
Abstract: A numerical study of a natural convection induced by the discrete heat source in enclosed cavity is
presented by using FLUENT software. Numerical results are reported for the effect of Rayleigh number on flow
fields, characteristics and the average Nusselt number on the heat source surface. The results show that the
average Nusselt number increases with increasing of Ra, the internal cavity isotherms from the vertical into the
level. Gradually, the heat transfer dominated by conduction heat transfer becomes convection. For discrete heat
employed to enhance the capability of natural convection heat transfer i
source derived electronic components, in order to increase component life and reduce economic costs, Ra can be
Key words: natural convection heat transfer; discrete heat source; Raleigh Number; average Nusseft number
中图分类号:TK124
文献标志码:A
文章编号:1009-5306(2009)06-0028-03
封闭空间内的自然对流换热是计算流体力学法求得定常解。在文献[6]中采用非等距网格剖分求
和数值传热学的经典课题之一,在工程领域有着非解非定常流函数一涡量方程。文献[7]在文献[5]和
常广泛的应用,在航空设计、大气科学、建筑设计,电文献[6]的基础上,利用原始变量法求解封闭腔内自
子元件冷却、核反应等方面均涉及到。人们对自然对然对流换热问题,对求解域采用非等距交错网格剖
流换热已经进行了大量的实验和数值研究, De Vahl分,利用泰勒级数于网格点展开取二阶精度进行方
Davis Gリ最早发表了封闭方腔自然对流换热问题程各项的离散,采用 SMPLE方法对压力及压力修
的基准解,对稳态的有水平热源的自然对流换热进正进行求解,不同Ra条件下的数值试验显示,该数
行了计算,瑞利数Ra达到10°。 Le Quer6)继续进值方法物理概念清晰,计算稳定,可通过调节网格的
行计算,使Ra达到了108。B. Calcagni]和疏密等方法达到改善求解收敛及提高求解精度等目
Muhammad A.R. Sharif们等分别研究了封闭方腔的。文献[7门文献[81的方法一般限于二维情况。人
内的底部加热侧面冷却的自然对流问题,实验和数们已经从不同的计算方法对自然对流换热问题进行
值分析了热源尺寸对传热的影响。
了计算,而且还对不同的模型形状,有无内热源,热
我国李光正等人在文献[5]中采用均匀网格剖源的形状,和相对位置尺寸等进行了计算?。
分求解非定常流函数-涡量方程,对流函数的一阶导
随着电子器件应用的越来越广泛,电子原件的
数项(速度)采用四阶精度的 Hermitian公式,对流散热问题成为了人们十分关注的问题,电子器件多
项由一般二阶精度的中心差分提高到四阶精度离散依赖自然对流换热,为了更好地了解有离散热源的
差分,包含温度在内的离散方程组采用ADI送代方电子原件内的温度分布情况,本文对含有离散热源
收稿日期:2009-09-25
作者简介:华浠嘉(1983-),男,硕士研究生,主要研究方向为电站节能