分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环形结构因具有良好的隔热效果,在工程上得到了广泛的应用,而水平同心圆柱环形结构的隔热降温效果受环内流体流动换热影响大,且目前缺乏外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环内自然对流换热特性研究,因此针对外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环形结构,数值模拟研究了普朗特数为0.7情况下间隙比(内圆直径与环间距之比,即δ)在0.1～14以及瑞利数在103～107时环内自然对流流动模式与传热。使用流线和等温线分别表示出计算的流动模式和温度场,并研究了间隙比和瑞利数对圆柱环内壁面的平均努谢尔特数的影响。研究发现:在低瑞利数时整个间隙比范围内都存在稳定的月牙形流型,此外还观察到4种不同的流动模式,即二维漏斗振荡流、三维螺旋流、二维多涡流、二维多涡振荡流。这4种流动模式在较高的瑞利数时出现,具体取决于间隙比。根据流动模式的分布特征,整个间隙比可分为3部分,即宽间隙(δ=0.1～2)、中等间隙(δ=2～8)和窄间隙(δ=8～14),给出了不同间隙比范围内环内壁面平均努谢尔特数与间隙比和瑞利数的相关方程,其相关系数(R2)大于0.990 2。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2023-03-20 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 随着矿产资源的开采深度日益增加,矿井高温热害问题日益突出,研究新的隔热技术、隔热工艺已经成为控制围岩传热的重要研究方向。鉴于空气夹层结构在建筑围护结构和寒区隧道中的保温隔热作用,提出应用封闭空气夹层控制巷道围岩散热量的方法。采用ANSYS Fluent 软件求解了含空气夹层的围岩温度场分布。通过相似理论设计了含空气夹层的巷道围岩温度场测试试验台,并应用试验结果对数值计算结果进行了验证,两者具有很好的吻合性,证明了ANSYS Fluent模拟结果的正确性。应用计算模拟结果和试验结果分析了围岩内温度场非稳态传热过程中的变化规律,发现因空气夹层内自然对流现象的存在,顶部、中部和底部围岩温度场发展并不一致,但其调温圈无因次半径均小于无隔热巷道。并通过实例计算研究,发现空气层厚度对围岩散热量影响较小，空气夹层厚度从2 cm增加到20 cm 时,围岩单位长度散热量仅下降5% ;围岩导热系数对空气夹层隔热率有着显著的影响,导热系数为0.59 W/(mK)比围岩导热系数6.18W/(mK)时夹层隔热率衰减速率快。封闭空气夹层隔热结构适用于新掘进巷道或高温隧道的临时性隔热或围岩导热系数高的固定或半固定作业地点的永久性隔热。
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