×

有限差分区域中的湍流热和质量线。 (英语) Zbl 07840200号

概述:湍流热流和质量流可视化的有限差分建模在大气流/洋流、风力涡轮机、核反应堆热传递、输油管道拖曳、工业机械冷却以及研究物理系统的复杂性、动态性和混沌性方面有着广泛的应用。湍流现象在工程、物理、地球科学、生物工程和医学中得到了有效的应用。因此,基于湍流在各个工程领域的优势,本文进行了有限差分分析,以证明在沿圆柱的湍流浮力驱动对流条件下,基于k-(ε)湍流模型的边界层区热质线可视化。通过部署经典的牛顿流动模型,可以准确地探索湍流特性。此外,为了完成更复杂的有限差分模拟,还考虑了额外动能及其耗散率方程的影响。通过部署适当的无量纲数,将生成的含时湍流热量和质量传输的Navier-Stokes方程渲染为无量纲。然后,利用计算软件,采用Crank-Nicolson技术等成熟的有限差分格式,求解高级耦合非线性湍流非定常浮力驱动垂直对流问题。在浮力数、Schmidt和Prandtl参数的范围内,用以前的解验证了当前结果。包括广泛的表格和图形讨论,以及等高线、热和质量线可视化,以列举流体动力学、热和质量扩散行为对普朗特尔地区出现的调节数的影响。结果表明,加速紊流浮力比数使速度、动能和耗散率在X=1.0时达到最大值。此外,与湍流值相比,层流热扩散率和质量扩散率的数值单调增强。此外,为了验证当前的发现,作者将LRN k-(varepsilon)模型湍流结果与现有解决方案进行了比较,发现两者吻合良好。此外,当前研究的独特性和新颖性在于探索在k-(varepsilon)影响下浮力驱动的非定常对流机制中的热线和质量线湍流模型扩展了先前的研究,并通过Crank-Nicolson分析对热扩散线和质量扩散线进行了更精确的评估。
©2023 Wiley-VCH股份有限公司。

理学硕士:

80轴 热力学和传热
7.6亿 流体力学基本方法
76卢比 扩散和对流
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Shinji,E.,Mohammad,R.N.,Hidetoshi,H.:通过详细的PIV测量对球形填充管道中复杂流场进行可视化实验。Fusion Eng.Des.89,125-1256(2014)
[2] Ma,X.,Huang,B.,Wang,G.,Zhang,M:超声场中锥形气泡结构和声流结构的实验研究。超声波。Sonochem.34,164-172(2017)
[3] Ma,H.W.,He,X.,Zhang,J.H.:发动机进气道流场可视化的实验研究。CICEE34、46-50(2013)
[4] 莫特萨政府。,戈罕纳。,Mustafa,U.:通过粒子阴影尺寸成像和基于视觉的锥角估计,可视化微尺度空化流动状态。实验热处理。《流体科学》78,322-333(2016)
[5] Cengel,Y.A.:热力学和传热导论。McGraw‐Hill,纽约,1997
[6] Cengel,Y.A.,Cimbala,J.M.:《流体力学:基础与应用》,麦格劳-希尔第四版
[7] Khan,W.,Culham,J.,Yovanovich,M.:无限长圆柱体的流体流动和传热。《传热学杂志》127785-790(2005)
[8] Churchill,S.W.,Chu,H.H.S.:水平圆柱层流湍流自由对流的相关方程。《国际热质交换杂志》.181049-1053(1975)
[9] Saitoh,T.、Sajiki,T.和Maruhara,K.:水平圆柱周围自然对流传热问题的基准解。《国际传热与传质杂志》361251-259(1993)·Zbl 0801.76085号
[10] Atmane,M.A.,Chan,V.S.S.,Murray,D.B.:水平加热圆筒周围的自然对流:垂直限制的影响。国际J热质交换463661-3672(2003)
[11] Ashjaee,M.,Yousefi,T.:垂直和倾斜排列的水平等温圆柱体自由对流传热的实验研究。《传热工程》28,460-471(2007)
[12] Linejad,J.,Esfahani,J.A.:等温圆柱体周围三维湍流自然对流的数值稳定化。J.热物理。传热3094-102(2016)
[13] Kimura,S.,Bejan,A.:对流传热的热线可视化。《传热学杂志》105,916-919(1983)
[14] Mukhopadhyay,A.,Qin,X.,Aggarwal,S.K.,Puri,I.K.:关于通过使用保守标量将“热线”和“质量线”概念扩展到反应流。《传热学杂志》124,791-799(2002)
[15] 成本V:各向异性介质中二维热质传递可视化的统一流线、热线和质量线方法。《国际热质传递杂志》46,1309-1320(2003)·Zbl 1025.80500号
[16] 成本V:用于对流可视化和分析的Bejan的热线和质量线。申请。机械。版次59126-145(2006)
[17] Littlefield,D.,Desai,P.:垂直圆柱形环空中的浮力层流对流。《传热学杂志》108,814-821(1986)
[18] Aggarwal,S.K.,Manhapra,A.:圆柱形围护结构中非定常浮力驱动流的热线使用。《传热学杂志》111576-578(1989)
[19] Costa,V.A.F.:二维传输现象可视化的流线、热线和质量线方法的统一。《国际热质传递杂志》42,27-33(1999)·Zbl 1012.76536号
[20] Bello‐Ochende,F.L.:方腔内热对流的热函数公式。计算。方法。申请。机械。工程68,141-149(1988)·Zbl 0628.76087号
[21] Rani,H.P.,Reddy,G.J.,Kim,C.N.,Rameshwar,Y.:瞬态耦合应力流体通过垂直圆柱体,Bejan的稳态热流和质量流可视化。《传热学杂志》137,032501(2015)
[22] Reddy,G.J.、Hiremath,A.、Kumar,M.:垂直圆柱体上非定常三级流体流动的计算模型:传热可视化研究。结果Phys.8671-682(2017)
[23] Reddy,G.J.、Kethiredy,B.、Kumar,M.、Rani,H.P.、Gorla,R.S.R.:垂直圆柱体上卡森流体流动的普朗特尔数影响:热线法。国际应用计算数学杂志4,1-19(2018)·Zbl 1460.76015号
[24] Reddy,G.J.、Kethiredy,B.、Anwar,B.O.:利用热线对垂直细长空心圆柱体的非稳态辐射水磁微极性对流进行流动可视化。国际力学杂志。科学版140493-505(2018)
[25] Vinay,K.,Krishna Murthy,S.V.S.N.V.G.,Rathish Kumar,B.V.:Bejan的热线和质量线可视化多孔封闭体内对流的多力效应。国际力学杂志。科学146-147,1-602(2018)https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.07.026l ·doi:10.1016/j.ijmecsci.2018.07.026l
[26] Jabbar,M.Y.,Ahmed,S.Y.,Hameed,K.,Hamzah,H.K.,Ali,F.H.:热内圆柱和冷外正弦圆柱之间自然对流的热和熵线可视化。《国际热工技术杂志》37,1151-1162(2019)
[27] Quyen,N.,Ali Taghvaie,N.,Mashallah,R.,设拉子人:纳米流体材料中方形热源与立方插值伪粒子的热流显示。ACS Omega5,17658-17663(2020)
[28] Bikash,C.S.,Mahapatra,T.R.,PalD.:多孔梯形腔内纳米流体的磁流体双扩散对流热线和质量线可视化。《纳米流体杂志》10,270-284(2021)
[29] Kumar,M.,Mondal,P.K.:Bejan对来自等温波浪表面的水磁卡森流体浮力驱动流的流动显示。物理学。流体33,093113(2021)
[30] Zeeshan,I.K.,Feroz,N.,Al‐DuaisF。S.,Mahmoud,O.:非牛顿对流流体流动的可视化,内部传热通过化学反应的旋转可拉伸表面影响。科学。代表1210392(2022)
[31] Devahdhanush,V.S.,Steven,J.D.,Issam,M.,Henry,K.N.,Mohammad,M.H.,Balasubramaniam,R.,Jeffrey,R.M.:在饱和液体-蒸汽混合物入口条件下,地球重力中流动沸腾的流动可视化、传热和临界热通量,为国际空间站上的实验做准备。《国际热质传递杂志》192122890(2022)
[32] Robin,R.:湍流的数值解。约翰·霍普金斯APL技术研究所第12期222-233页(1991年)
[33] Sukanta,K.D.:湍流中的热线可视化。国际期刊数字。热流体流动方法637-46(1996)·Zbl 0969.76572号
[34] Fu‐Yun,Z.,Di,L.,Guang‐Fa,T.:共轭热质传递流线、热线和质量线的应用问题。《国际热质传递杂志》50,320-334(2007)·邮编1120.80006
[35] Anilkumar,S.K.,Velusamy,C.B.:封闭室内的湍流自然对流,从下方进行局部加热。国际热学杂志。科学46,1232-1241(2007)
[36] Daniel,R.G.,De LemosM。J.S.:模拟底部有或没有多孔层的圆柱形燃烧室中的湍流冲击射流。《国际热质传递杂志》52,680-693(2009)·Zbl 1156.80326号
[37] 王,Y.Q.,JacksonP。L.,SuiJ.(瑞士):模拟表面安装有限方形圆柱体周围的湍流。《热力学杂志》。传热28118-132(2014)
[38] Atila,A.I.,Mehmet,E.A.:四种低雷诺数kε湍流模型的对比研究,用于周期性充分发展的管道流动和传热。数字。热传输。B部分,69,1-16(2016)
[39] Hernandez,I.L.,Xaman,J.,Alvarez,G.,Chavez,Y.,Arce,J.:通过热线分析腔体中的层流和湍流自然、混合和强制对流。架构(architecture)。机械部分68,27-53(2016)·Zbl 1338.76115号
[40] Senapati,J.R.,Dash,S.K.,Roy,S.:带环形翅片的垂直圆柱体自然对流换热的数值研究。国际热学杂志。科学111146-159(2017)
[41] Wang,J.,Weng,S.G.,Wu,S.S.,Hu,X.D.,Yang,X.:采用标准k-ε湍流模型对圆柱体周围流场进行可视化。IOP配置序列:地球环境。科学344,012134(2019)
[42] Rath,S.,Dash,S.K.:固体水平圆柱体层流和湍流自然对流的数值研究。国际热学杂志。科学106-147(2019)
[43] Dash,M.K.,Dash,S.K.:湍流自然对流和水平圆柱辐射的综合效应。《热力学杂志》。传热34,1-10(2020)
[44] 库什。,刘少生。,打开M。C.:对不同RANS湍流模型进行评估,以模拟穿过垂直圆柱体的破碎波。海洋工程234109195(2021)
[45] Harish,R.,Sivakumar,R.:采用两相混合模型的立方密封室内纳米流体的湍流热对流。国际力学杂志。科学.190106033(2021)
[46] Ganesan,P.,Rani,H.P.:沿垂直圆柱体的瞬态自然对流,具有热量和质量传递。热质传递33449-455(1998)
[47] Eyub,C.,Ali,A.,Sefik,B.:基于标准k-ε模型推导轴对称不可压缩湍流传热的无量纲控制方程。Afyon Kocatepe大学。科学杂志。工程201096-1111(2020)
[48] Launder,B.E.,Spalding,D.B.:湍流的数值计算。计算。方法。申请。机械。工程3,269-289(1974)·Zbl 0277.76049号
[49] Happel,J.、Brenner,H.:《低雷诺数流体动力学:颗粒介质的特殊应用》,第1卷,第474-524页。施普林格科学与商业媒体,海牙,(2012)
[50] Fedorov,A.G.,Viskanta,R.:非对称加热垂直平行板通道中的湍流自然对流传热。《国际热质传递杂志》40,3849-3860(1997)·Zbl 0925.76661号
[51] Lin,S.J.,Churchill,S.W.:垂直等温板的湍流自由对流。数字。传热,第B1部分,129‐145(1978)
[52] 苏雷莎,S.P.,侯赛因B。,Gudala,J.R.:磁化耦合应力流体在热辐射和粘性耗散效应下流过垂直圆柱体。国际期刊非线性模型。科学。工程10,343-362(2021)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。