水平圆管在大空间内自然对流-换热的实验与数值分析

暋暋文章编号:1673灢5196(2013)02灢0043灢04水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析李庆领,杨广志,李暋涛(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛暋266061)摘要:通过实验与数值计算相结合的方法,对大空间水平圆管的自然对流换热过程进行研究.实验得出圆管自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大,并拟合了实验条件下的自然对流换热实验关联式.以Fluent为平台,对水平圆管在大空间内的自然对流换热进行数值分析.结果表明,自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小,温差越大,自然对流流动发展越快,最大流速越大,圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升的气流.关键词:水平圆管;自然对流换热;Fluent;数值模拟中图分类号:TK124暋暋文献标识码:AExperimentonheatexchangewithnaturalconvectionoverhorizontalcircularpipeinlargespaceanditsnumericanalysisLIQing灢ling,YANGGuang灢zhi,LITao(CollegeofElectromechanicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao暋266061,China)Abstract:Bymeansofcombiningexperimentwithnumericalcomputation,theheatexchangeprocesswithnaturalconvectionoverhorizontalcircularpipeinlargespacewasinvestigated.Itwasfoundbytheexperimentthattheheatexchangecoefficientwouldincreasewiththetemperaturerisingontheoutersur灢faceofthepipe.Experimentalcorrelationofnaturalconvectionheatexchangewasfittedbyusingexperi灢mentaldata.ThenaturalconvectionheattransferofhorizontalcircularpipewasnumericallyanalyzedontheplatformofFluent.Theresultshowedthattheintensityofthenaturalconvectionheatexchangewouldbedecidedbythetemperaturedifferencebetweenpipewallandambientair;thebiggerthetemperaturedifferencewasthefasterthenaturalconvectionflowisandthebiggerthemaximumflowingvelocitywouldbe.Thecontinualrisingairflowwouldbeformedaroundthepipe,whichwasdrivedbytheupliftduetothetemperaturedifferences.Keywords:horizontalcircularpipe;naturalconvectionheatexchange;Fluent;numericalsimulation暋暋大空间内水平圆管外表面的自然对流换热是日常生活与工业生产中普遍存在的现象,国内外学者针对这一问题进行了大量的研究,李远涛[1]对水平圆管自然对流换热进行了实验和数值模拟研究,对比并得出了最佳的经验公式,分析了自然对流换热流场与温度场的影响因素;王晓云[2]通过实验分析了辐射传热在水平圆管自然对流换热中的比重以及圆管周围的温度分布情况;朱进容[3]基于激光横向暋暋收稿日期:2012灢08灢01暋暋基金项目:山东省科技发展计划项目(2012GSF11604)暋暋作者简介:李庆领(1959灢),男,山东菏泽人,博士,教授,博导.剪切干涉测试装置研究了大空间水平恒温圆管的自然对流换热,拟合出新的平均努赛尔数准则关系式,并通过Fluent对二维和三维水平圆管自然对流换热进行了数值模拟分析.对于水平圆管自然对流换热的研究,主要以实验分析与解析计算为研究手段,随着计算机技术的发展,仿真模拟逐渐成为了研究自然对流换热的主要手段,但模拟分析往往只是给出模拟结果,缺少对整个对流换热过程的直观表达,因此本文运用实验与模拟相结合的分析方法,借助模拟软件,通过模拟结果云图直观的分析了大空间水平圆管自然对流换热气流流场发展过程.第39卷第2期2013年4月兰暋州暋理暋工暋大暋学暋学暋报JournalofLanzhouUniversityofTechnologyVol.39No.2Apr.2013