第5组-傅亚陆-陈俊-毛卓智第五组1

1、计算传热学课程设计答辩题目：金属泡沫内对流换热的数值模拟组号：5成员：傅亚陆 （组长） 陈俊毛卓智日期：2015年7月16日热能与动力工程系小组成员简介傅亚陆：物理模型的建立，方程离散，编程，程序调试，报告编写，制图陈俊：物理模型的建立，控制方程无量纲化，方程离散，报告编写，ppt制作毛卓智：物理模型建立，程序调试，资料搜集，制图热能与动力工程系目录u 题目简介u 问题分析及建模u 区域及方程离散u 数值方法u 计算结果验证u 结果分析与讨论热能与动力工程系题目简介题目：本次设计题目为长方体金属泡沫，四周围均匀恒定壁温，换热进行到了充分发展阶段，并且流 速一定，分析其孔隙率，孔密度对金属孔胞直

2、径， 金属骨架直径的影响，通过这些参数计算比表面积， 流体和固体间的局部对流导热系数，和有效导热系 数。然后分析金属泡沫边长比值对Nu的影响。并作出无量纲流体温度场和无量纲固体温度场。热能与动力工程系问题分析及建模处理过程：本报告对金属泡沫的孔隙率与孔密度对金属泡沫各项参数的影响进行了分析并作图，对金属泡沫管内强制对流换热的温度场和速度场进行了数值模拟，动量方程采用数值传热学中的充分发展层流换热的物理模型，对动量方程以及双能量方程进行了无量纲化处理并离散，边界条件为给定热流密度。热能与动力工程系问题分析及建模简化模型图：热能与动力工程系区域及方程离散外节点法：2U -方程离散：S U - S

3、P = 0222Yn 2U dY =n (U )dY =n (Un U-)dYss YYssnSY 2YY此处U取分段线性热能与动力工程系区域及方程离散满足要求边界条件:热能与动力工程8系区域及方程离散2q- D(qs -qf ) = 0 s Y 2+边界条件：热能与动力工程9系区域及方程离散边界条件：热能与动力工1程0系数值方法利用Gauss-Seidel迭代法进行数值求解，迭代过程如下：(1)假设初始值 和允许误差 ; (2)利用迭代公式计算 ;(3)求出两次迭代过程中的最大误差 ；(4)如果 ，计算结果满足精度要求，退出；否则，以为初始值转(2)继续计算。热能与动力工1程1系程序流程程序

4、流程：热能与动力工程系计算结果验证金属孔胞直径随孔密度的变化曲线热能与动力工程系计算结果验证金属骨架的直径随孔密度的变化热能与动力工程系计算结果验证比表面积随孔密度的变化曲线热能与动力工程系计算结果验证局部对流换热系数随孔密度孔隙率的变化规律热能与动力工程系计算结果验证金属骨架的直径随孔隙率的变化曲线热能与动力工程系计算结果验证比表面积随随孔隙率的变化曲线热能与动力工程系计算结果验证局部对流换热系数随孔隙率变化曲线热能与动力工程系计算结果验证流体有效导热系数随孔隙率的变化曲线热能与动力工程系计算结果验证固体有效导热系数随孔隙率的变化热能与动力工程系计算结果验证不同下截面无量纲速度分布热能与动力

5、工程系计算结果验证改变时热能与动力工程系计算结果验证改变时热能与动力工程系计算结果验证=100，=0.8时的无量纲温度二维分布热能与动力工程系计算结果验证=100，=0.8时的温度T二维分布热能与动力工程系计算结果验证Nu数随变化曲线热能与动力工程系计算结果验证Nu随变化曲线热能与动力工程系计算结果验证Nu及lg(Nu)随b/a值的变化曲线热能与动力工程系结果分析与讨论1.随 呈双曲线规律变化，随着孔密度的增大，金属孔胞直径下降； 金属孔胞直径 随孔隙率的变化无关。2. 金属骨架的直径 随孔密度 的增大而减小；金属骨架的直径 随孔隙率的增加而减小。3. 比表面积 随孔密度的增加而增加；比表面积

6、 随随孔隙率的增大而减小。4. 局部对流换热系数 随孔密度 的增大而减小；局部对流换热系数 随孔隙率增大而减小。5. 流体有效导热系数 和孔密度 无关；流体有效导热系数 随孔隙率的增大而增大。6. 固体有效导热系数 与孔密度 无关；固体有效导热系数 随孔隙率的增大而减小。热能与动力工程系结果分析与讨论7.金属泡沫的截面无量纲速度分布很均匀，且金属泡沫的存在使边界层大大减薄。8.流体和固体的温度均随离开壁面距离的增大而快速减小，流体和固体间的温差随离开壁面距离的增加而迅速增大。另外，孔密度对流体温度的影响大于对固体温度的影响，因为靠近壁面处流体固体温度相等，壁面附近速度梯度很大，对流占主导作用，所以流体与固体间的温差很小；离开壁面很短的距离后，由于金属泡沫的作用，管子截面的速度很快趋于平均，热传导占主导，导致流体与固体间的温差增大。