方腔内自然对流 - 360文档中心

方腔内自然对流的模拟（Rayleigh-bernard

⽅腔内⾃然对流的模拟（Rayleigh-bernard problem）
⾃然对流的模拟⽐较简单，通常为了简化⼤多数⽂献都是采⽤的Bossinesq假设。

该假设的实质将密度的变化转变为浮⼒，具体简化过程及控制⽅程可参考相关⽂献（例如本⽂给出的参考⽂献）
1.⾸先读⼊⽹格，check&scale，将⽅腔的长度scale为1(主要是将长度⽆量纲化)。

2.计算模型选⽤层流模型；本⽂中瑞利数为10e5，故选⽤层流模型
3.设置物性参数，最重要的是密度应选⽤Bossinesq模型，下⾯的密度填997.1,该密度表⽰参考温度下的值，也即是冷端⾯温度下的密度值，我们设置冷端⾯为300K.
4.其他物性参数，最终保证Pr=6.2,Ra=10e5。

5.设置重⼒加速度和operating temperature。

重⼒加速度只是为了使Ra=10e5⽽设定的⼀个值，并⾮9.8。

6.设置边界条件：两侧边绝热，底⾯320K,顶⾯300K
7.设置参考温度及长度，为后⾯输出Nu数做准备，因为Nu数的计算会⽤到参考温度和参考长度。

8.计算结果，温度云图如下图所⽰。

9.底⾯的局部Nu数
10.结果同参考⽂献[1]的对⽐。

参考⽂献：
[1]Ouertatani N, Ben Cheikh N, Ben Beya B, et al. Numerical simulation of two-dimensional Rayleigh–Bénard convection in an enclosure[J]. Comptes Rendus Mécanique, 2008, 336(5): 464-470.。

复杂方腔内自然对流换热数值模拟分析

复杂方腔内自然对流换热数值模拟分析近些年来，由于能源的短缺以及减少环境污染的政策，节能技术的重要性和发展趋势日益受到重视，因此在建筑设计和管理中深入了解建筑的换热特性和热工性能尤为重要。

在建筑环境中，复杂方腔内自然对流换热是一个重要的热工问题，它与建筑设计有着重要的关系。

因此，有必要进行深入的研究以更好地理解复杂方腔内自然对流换热的本质。

首先，介绍了复杂方腔内自然对流换热的定义和内容，并且系统地介绍了其形成的机理和规律。

复杂方腔内自然对流换热是指当两个不同温度的流体在一个复杂封闭系统内运动时，由于温度差形成的对流换热现象。

主要有三种形式：对流换热、辐射换热和湿热传递。

其中湿热传递是一种特殊的换热方式，即当水分析物参与换热过程时，所产生的换热是由水蒸气的蒸发而产生的。

其次，介绍了复杂方腔内自然对流换热的模拟和数值模拟，以及其用于热工分析的重要性。

目前，数值模拟是复杂方腔换热问题研究的主要方法，它可以更好地反映复杂方腔内自然对流换热的形式，同时也可以有效地捕获和分析复杂方腔内温度场和流场的变化特点。

数值模拟的原理是通过分析非统一的方程来描述空间和时间温度场的变化规律以及湿热传递过程，并以此为依据定量分析复杂方腔内自然对流换热的特征。

最后，就复杂方腔内自然对流换热的实际应用及其发展趋势进行了概述。

目前，复杂方腔内自然对流换热的研究应用广泛，包括室内热环境模拟、室内太阳光辐射分析、建筑物热舒适度分析等，另外，复杂方腔内自然对流换热还可以用于热力机车热力学分析、换热器性能研究以及汽轮机热循环系统的研究。

从长期来看，复杂方腔内自然对流换热的研究将会更加深入，以更优的方式分析复杂的换热过程，并有效地提高热工性能。

综上所述，本文对复杂方腔内自然对流换热的定义、机理以及模拟、数值模拟和实际应用等方面进行了深入的分析，从而更好地理解和把握复杂方腔内自然对流换热的本质，并且有助于更好地利用和提高热工性能。

综上所述，复杂方腔内自然对流换热是建筑环境中一个重要的热工问题，为了更好地理解和把握它的本质，有必要进行深入的研究来进行模拟和数值模拟，以及通过实际应用来提高热工性能。

方腔内自然对流MATLAB程序数值传热学

(7)
Ti , j Ti , j 1 gx T0 2
图 2 交错网格
数值结果：
速度场
图 3 速度场
温度等值线和温度云图
图 4 温度等值线
图 5 温度云图
由图 3-5 可知，
程序：
%========================================================================== H=1;L=1;nx=32;ny=32;h=1/nx;dt=0.002; gx=0;gy=-100;T0=0.0;kviscosity=0.01; alpha=0.01;Wallhot=100;Wallcold=0;nstep=2000; maxit=100;beta0=1.2; %========================================================================== u=zeros(nx+1,ny+2); v=zeros(nx+2,ny+1); p=zeros(nx+2,ny+2); tmp1=zeros(nx+2,ny+2); tmp2=zeros(nx+2,ny+2); c=zeros(nx+2,ny+2)+0.25; ut=zeros(nx+1,ny+2); vt=zeros(nx+2,ny+1); uu=zeros(nx+1,ny+1); vv=zeros(nx+1,ny+1); T=zeros(nx+1,ny+1); TT=zeros(nx+1,ny+1); c(2,3:ny)=1/3; c(3:nx,2)=1/3; c(2,2)=1/2; c(nx+1,2)=1/2; c(nx+1,3:ny)=1/3; c(3:nx,ny+1)=1/3; c(2,ny+1)=1/2; c(nx+1,ny+1)=1/2; beta=1./((Tw+Te)/2+273); % 边界条件

倾斜角度对封闭方腔内液体自然对流的影响

（一ｇｉＯ）ｓ］ｎ
Ｙ轴动量方程：
ａｖａ１，ａｖｐ，ａｖａｖ、
Ｙ轴动量方程：
＋＝
（）２
豢＋ｃ＋ｏｓ㈩
＋㈦
能量方程：
＋＝
“
能量方程：
［＋）＿ ‘ ＋素＋
０时，上壁面为高温壁，下壁面为低温壁死，剩下的壁面绝热壁面。闭腔内充满的流体为做层封流流动的不可压缩的牛顿流体。
文献［４究了封闭腔内流体的自然对流，但是其１ｌ－研
研究主要集中在单一角度的自然对流模拟。由于主
。１．：
＝＝。Ｙ＝，ｂ。
无量纲速度：
＝
３模拟的基准测试
＝，
计算空气在计算了空气在方形封闭空腔内的
，Ｌ
，Ｌ
自然对流传热特性，空气的数取为０７。具体计．１算］Ｒ＝０、１０和１＇ａ１０、１０，数值模拟的一些特征
１０５ＤＨＳｔｓｅｔｕｅａｅｃｘｍｕ．，ｈＮｕｓｌｎｍｂｒｃｎｒａｈｔｍａｉｍｅｅｈ
［ｙｒｓｎｔｒｌｏｖｃｉｎａｇｅｎｍｅｉｌｉｌｉｎＫｅｗｏｄ］ａａｃｎｅｔ；ｎｌｕｒａｓｕｏ；ｃｍｕａｏｔ
＋
ＯＸｄ
其控制方程如下：连续性方程：
ｅ＋＿ｙ）ｕｅｌ

方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析

方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析曾和义;董化平;郭赟【摘要】对方腔内液态金属钠层流自然对流换热过程进行了数值模拟,着重分析了不同热边界条件下瑞利数对方腔自然对流换热过程的影响,得到了腔体局部换热系数分布特点及规律.结果表明,当瑞利数较大时,如大于103,瑞利数对方腔内液态金属钠自然对流换热过程的影响非常显著.随着瑞利数逐渐减小,无论是腔体侧边换热系数,还是腔体底边换热系数,均与纯导热情况下计算结果间的偏差逐渐减小,表明腔内换热机理逐渐以导热过程为主.%The numerical simulation was performed on liquid sodium laminar natural convection in square cavity. The distribution characteristics of heat transfer coefficient were obtained, and the effect was emphasized on the analysis of the impact of Rayleigh number upon the natural convective heat transfer process in a square cavity under different thermal boundary conditions. The results show that the liquid sodium natural heat transfer process is greatly influenced by the Rayleigh number when Rayleigh number is large enough. While when Rayleigh number is smaller than, say 103, the distributions of natural convective heat transfer coefficients on both the side walls and the bottom wall of the square cavity are almost the same as those of conductive heat transferprocess, respectively. This means that the mechanisms of heat transfer process mainlydepend on heat conduction under cases with lower Rayleigh number.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2012(046)003【总页数】5页(P305-309)【关键词】液态金属钠;方腔;自然对流换热;数值模拟【作者】曾和义;董化平;郭赟【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610041;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TL331以自然循环为机理的非能动安全技术可极大提高核电站的安全性。

周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究

第 24 卷第 3 期 2007 年 5 月
计算物理
CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS
[ 文章编号 ] 10012246X(2007) 0320282205
周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究
Vol . 24 ,No. 3 May , 2007
1 物理问题描述及数值方法
如图 1 所示 ,倾斜方腔内充满各向同性、均质的饱和多孔介质 ,其 4 个壁面均为不可渗透固体壁面 ,方腔上、下两壁面绝热 ,表面 2 维持恒温 T0 ,表面 1 的温度以 T0 为平均值按正弦规律波动 ,振幅为 T1 . 方腔内固体骨架与不可压缩牛顿流体的温度相等 ,即采用局部热平衡假设 ; 流体和固体骨架的热物性为常量 ,同时引入 Boussinesq 假设来考虑自然对流效应 ;采用 Brinkman 扩展达西模型描述多孔介质方腔内的流动 ,该模型考虑了黏性对流体流
算 ,用得到的 Nu 数与文[ 7 ]中的相应值进行对比 (表 1) ,验证了其可靠性. 对于本文所研究的问题 ,经过网格
考核 ,网格数为 50 ( X) ×50 ( Y) 时获得了网格无关解 ,最终计算均采用 50 ( X) ×50 ( Y) 的网格.
表 1 Nu 数计算值与文[ 7] 中 Nu 数的比较
+
Pr
Δ
2V - PrV + Ra Prθcosα,
Da
(3)
能量方程
σ
9θ 9τ
+
V
·θ=
ΔΔ
2θ.
(4)
上述方程中涉及的无量纲量定义为
τ = tamΠH2 , X = xΠH , Y = yΠH , U = uHΠam , V = vHΠam , P = pH2Π(ρ0 a2m) , θ = ( T - T0 ) ΠT1 , σ = (ρc) mΠ(ρcp ) f , Pr = νΠam , Da = KΠH2 , Ra = gβT1 H3Π(νam) , 其中 σ 为比热比 , am 为多孔介质的有效热扩散系数 , 其定义式为 am = kmΠ(ρcp ) f , 有效导热系数 km =

含导热块封闭方腔自然对流格子玻尔兹曼模拟研究

图7为不同C风风率下燃尽率的变化曲线。

从图中可以看到,随着C风风率的减小燃尽率不断降低。

这是因为随着C风风率的减小,炉内回流区减小,拱上气流下冲深度减小,部分煤粉停留时间变短,而煤粉的着火距离变长,从而使得燃尽率降低。

另一方面由于C风风率的减小,使得空气分级程度增加,因而燃尽率降低。

4结论本文利用数值模拟的方法,研究了某低N O x燃烧新系统W 火焰锅炉的C风风率对燃烧特性及N O排放特性的影响。

得到的主要结论有:4.1随着C风风率的减小,对煤粉气流的托举作用减弱,拱上气流下冲深度减小,炉内燃烧剧烈程度减弱使得温度水平降低。

4.2随着C风风率的减小,空气分级程度增加,主燃烧区的氧含量降低,还原性气氛增强;且炉内温度水平降低,均有利于降低N O排放量。

4.3C风风率对煤粉燃尽率有较大的影响;随着C风风率的降低,炉内回流区减小,部分煤粉停留时间变短,而煤粉的着火距离变长,使得煤粉燃尽率不断降低。

参考文献[1]任枫.FW型W火焰锅炉高效低NO x燃烧技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.[2]赵斯楠,方庆艳,马仑,陈刚.燃烧初期化学当量比对锅炉NOx 生成与排放特性的影响[J].燃烧科学与技术,2017,23(03):236-241.[3]Ma L,Fang Q,Tan P,et al.Effect of the separated overfire air location on the combustion optimization and NOx reduction of a600MWe FW down-fired utility boiler with a novel combustion system[J].Applied Energy,2016,180:104-115.[4]马仑,方庆艳,张成,陈刚,吕当振,段学农.600MW W型火焰锅炉拱上二次风低NO x燃烧特性的数值模拟及优化[J].燃烧科学与技术,2016,22(01):64-70.[5]周安鹂.W火焰锅炉无烟煤掺烧煤泥的试验与数值模拟[D].武汉:华中科技大学,2019.[6]吕当振,马仑,段学农,方庆艳.600MW亚临界W型火焰锅炉低氮燃烧特性数值模拟[J].热能动力工程,2015,30(04):598-604+ 654-655.作者简介:周安鹂(1993,4-),女,籍贯:湖北襄阳,硕士,助教,研究方向:电力生产技术、节能减排技术、电气自动化。

方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析

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原子能科学技术 !! 第! "卷
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方腔内纳米磁性流体自然对流的研究现状

第6期2019年12月No.6December，2019方腔内的自然对流换热被广泛地应用在不同领域，如建筑物的加热与冷却、双层玻璃窗、核反应堆、电子元件冷却以及各种各样的热力系统等[1]，国内外学者对此展开了广泛、深入的理论与实验研究。

在自然对流换热问题研究中，由于传统传热流体的导热系数低，限制了自然换热强度的提高。

1995年，Choi [2]提出了纳米流体的概念，利用纳米流体强化传热得到各国学者的关注，并开展了大量的研究工作。

纳米磁性流体是一种特殊的纳米流体，它是由具有纳米级的强磁性颗粒（如Cu 、CuO 、Al 2O 3和TiO 2等金属或者金属氧化物）高度弥散于基液（水、乙二醇和油等）之中形成的稳定胶体体系，既具有磁性固体物质的性质，又具有液体的流动特性，是一种新型的磁性功能材料。

纳米磁性流体应用非常广泛，比如能源、电子、国防军工、航空航天、化工环保、冶金机械、仪器仪表、生物医学等方面，效果十分显著[3-4]。

纳米磁性流体也逐渐成了磁流体力学的研究热点。

因此，开展方腔内纳米磁性流体自然对流的基础理论研究具有重要的应用价值和科学意义。

1 纳米磁性流体自然对流研究现状由于纳米磁性流体广泛地应用于不同的领域，备受各国学者的青睐。

目前，大部分都是关于边界层问题的研究，关于方腔的研究不多。

方腔内纳米磁性流体自然对流问题的研究主要集中在实验和数值模拟两个方面，但是实验研究甚少，因此本研究主要讲述数值模拟部分。

大部分学者将纳米磁性流体视为一种混合均匀的单相流体，将原来纯流体的质量方程、动量方程和能量方程应用在纳米磁性流体上，对于所涉及的物理参数直接采用纳米磁性流体的相应参数。

同时，也有部分学者采用两相法来研究纳米磁性自然对流问题。

方腔内纳米磁性自然对流问题的研究呈现以下特点：（1）研究几何形状、边界条件以及维数的变化，由简单的方腔逐渐变为棱形方腔、梯形方腔，并且方腔内出现障碍物及多孔介质一类；边界条件由竖直壁面保持恒温、上下壁面绝热，逐渐演变为竖直壁面温度的边界条件发生变化，并在壁面出现热源；上壁面出现驱动现象；方腔的维数从二维延展到三维（见图1）。

4.7 方腔自然对流(8)

4.7方腔自然对流4.7.1物理模型一个边长为1m的正方形箱体，右墙温度为2000K，左墙温度为1000K，上下墙面绝热，重力方向向下，由于热重引起密度梯度，所以发展为浮力流。

箱中的介质具有吸收性和散射性的，，因此墙壁间的辐射交换因存在吸收被减弱，同时也因为介质的散射作用而增强了，所有墙壁被认为是黑体。

计算区域如图4-7-1所示。

图4-7-1 计算区域示意图4.7.2在Gambit中建立模型Step1：启动Gambit并选择求解器为Fluent5/6。

Step2：创建面操作：→→打开对话框，输入长度和宽度100，在Direction中选择XY Centered。

Step3：划分面网格1．操作：→→打开对话框如图4-7-2.（1）在Edges中选择正方形的四个边；（2）在Type中的下拉菜单中选择Successive Ratio；（3）选中Double sided前面的复选框；（4）输入Ratio1和Ratio2的值1.03；（5）点击Apply确认。

图4-7-2 网格划分设置对话框图4-7-3 划分面网格设置对话框2．操作：→→打开对话框如图4-7-3所示，Internal size=1，其它保留默认。

Step4：设置边界类型操作：→●在Name栏输入边界名称wall-1，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔左边边线。

●在Name栏输入边界名称wall-2，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔右边边线。

●在Name栏输入边界名称wall-3，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔其它两条边线。

Step5：输出网格文件选中Export 2-D mesh 前面的复选框，输出网格文件。

4.7.3求解计算Step1：导入并检查网格1．读入网格文件操作：Fil e→Read→Case...找到文件后，单击OK按键确认。

多开口方腔内自然对流的流动与传热特性

万方数据第４期王长宏等：多开口方腔内自然对流的流动与传热特性·８３１·引言研究多开口方腔内的自然对流，在建筑室内通风与节能、楼梯井火灾的传播、电子元件的冷却、微电子先进封装电镀过程的热一质传递以及许多化工过程中换热设备的节能等领域都具有广泛的应用与重要意义［１～３。

与封闭方腔内的流体流动相比较，开口方腔内的流体由于受腔内、外流体密度及腔体各种物理参数影响，使得流体流动规律更具复杂性。

所以，掌握方腔内流体的流动与换热特性是优化工程设计参数的有效途径。

自２０世纪８０年代始，开口方腔内的自然对流问题就引起了国内外研究者的注意。

其中，Ａｎｄｅｒｓｅｎ［５１假设方腔为内部流体充分混合、密度是统一的单区域，并从理论上推导了其内部流体的流动状况；Ｍｉｙａｍｏｔｏ等［６卅把单区域模型发展为双区域模型，通过理论推导和小规模的实验验证分析流体流动特性与物理参数的关系；Ｌｉ等［９以１１改进前人的模型，并研究多层次开口与中和面位置的关系。

Ａｗｂｉ等［１２。

”１采用数值模拟方法研究区域内流体流动规律。

本文以三开口方腔模型作为研究对象，热源驱动流体流动，因此流体密度随温度线性变化，通过ＣＦＤ模拟计算，分析比较开口方腔内不同热源强度下４种通风模式的气流流动特性和换热规律。

１理论模型与求解１．１物理模型为了研究开口方腔内热源驱动的流体流动，在如图１所示边长为Ｈ的方腔内，左右边界上共开设３个开口，分别为顶部开口Ｕ０（ｕｐｐｅｒｏｐｅｎ—ｉｎｇ）、中部开口Ｍ０（ｍｉｄｄｌｅｏｐｅｎｉｎｇ）、Ｐ底部开口ｆＬ——＋ｊ卜—一图１三开口方腔物理模型Ｆｉｇ．１ＰｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｎｃｌｏｓｕｒｅｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｏｐｅｎｉｎｇｓＢＯ（ｂｏｔｔｏｍｏｐｅｎｉｎｇ）；开口长度均为Ｈ／ＩＯ，开口处的空气温度与外界温度相等，均为Ｔｏ，开口的流动参数由数值计算决定。

除开口与热源以外的部分均可视为绝热固体壁面。

线热源的尺度及其类型对气流流动范围存在影响，但对流体流动规律影响不大，所以本模型选择热源位于底部中心位置，长度为ｚ／Ｈ＝０．５，温度为Ｔｈ。

基于格子Boltzmann方法的方腔内自然对流与换热的数值模拟

（江苏科技大学能源与动力工程学院，江苏镇江２１２００３）摘要：基于双分布格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型，建立了适合Ｊ于流体流动和换热的热格子Ｂｏｈｚｍａｎｎ模型．温度分布函数中采用
Ｄ２Ｑ９离散速度模型．以热格子Ｂｏｈｚｍａｎｎ模型，模拟了方腔内自然对流的形成及其演化，通过与ห้องสมุดไป่ตู้关文献的计算结果对比可以发现，热格子Ｂｏｈｚｍａｎｎ模型在处理流体流动与传热方面存在着独特的优点，文中建立的数值模拟计算方法和程序是
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
ｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｑｕａｒｅｃａｖｉｔｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｈｓ，
ｉｔｃａｎｂｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ１ａｔｔｉｃｅＢｏｈｚｍａｎｎｍｏｄｅｌｏｎｌｕｆｉｄｌｏｆｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｈａｓｔｈｅｕｎｉｑｕｅａｄｖａｎｔａｇｅ．ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｌａｔｔｉｃｅＢｏｈｚｍａｎｎ：ｄｏｕｂｌｅｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ：ｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ

封闭方腔内自然对流问题的高精度紧致差分格式

进行数值模拟．
关键词：不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ／Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程组；涡量一流函数方法；高阶紧致差分格式；自然对流
中图分类号；Ｏ２４１．８２文献标识码：Ａ
Ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙｃｏｍｐａｃｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｔｆｏｒｎａｔｕｒａｌ
第３９卷第５期２０１３年１Ｏ月
兰
州
理
工
大
学
学
报
ＶｏＬ３ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｃｈａｎｉｃｓ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉａ）ｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙｃｏｍｐａｃｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｔｏｆＮａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ／Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑｅｑｕａｔｉｏｎｓｅｔｗａｓｐｒｏ —
ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｅｎｃｌｏｓｅｄｓｑｕａｒｅｃａｖｉｔｙ
ＪＩＮ－Ｔａｏ一，ＭＡＴｉｎｇ－ｆｕ，ＧＥＹｏｎｇ－ｂｉｎ。

复杂方腔内自然对流换热数值模拟分析

复杂方腔内自然对流换热数值模拟分析近年来，随着现代技术的进步，根据相关物理学原理，通过数值模拟分析，来研究复杂几何形状的方腔内自然对流换热，已经成为一个热点主题，也成为世界各国科学家们研究和讨论的焦点。

复杂几何形状的方腔内自然对流换热，主要包括对液体和气体进行换热分析，对于复杂的几何形状的流体场，数值模拟计算是分析流体场的有效手段。

类似潜艇、宇宙飞船、航天器等复杂结构物，其内部结构十分复杂，上面充满着各种孔洞和设备，使得内部空间受到了极大的影响，从而引起了流体流动和热量换热等方面的局部现象，导致热量转移过程复杂，热传导现象明显。

这里，使用数值模拟方法分析复杂几何方腔内自然对流换热，可以提供准确的求解结果，为设计技术改善提供基础数据。

针对复杂几何方腔内自然对流换热，数值模拟主要分为三个步骤：第一步，首先是建立复杂几何形状方腔内流体空间的数学模型，包括气体流动和热传导模型。

第二步，根据建立的数学模型，利用计算流体力学（CFD）技术，获得复杂几何方腔内自然对流换热的流场特性。

第三步，利用CFD技术和有限体积法，计算复杂几何方腔内自然对流换热的热量转移特性。

在研究复杂几何方腔内自然对流换热同时，需要充分考虑到流体场的物理特性，特别是热量转移特性，是一个非常复杂的模型。

综上所述，现代技术的发展，越来越多的科学家使用数值模拟分析方法来研究复杂几何形状方腔内自然对流换热，这是一个复杂的过程。

从数学模型的建立，到利用CFD技术获得复杂几何方腔内自然对流换热的流场特性，以及用有限体积法计算热量转移特性，都是一个非常繁琐的过程。

未来的研究将继续对复杂几何方腔内自然对流换热进行深入的分析研究，以便在更加准确、可靠的基础上，设计技术改善，提高工程技术水平，也更好地服务于社会和人类的发展。

具有梯度孔隙率的多孔介质封闭方腔内的自然对流

很快，具有梯度孔隙率的多孔介质封闭方腔内的自然对流得到强化。
关键词自然对流；多孔介质；梯度孔隙率
Natural Convection in a Closed Square Cavity of Porous Media with Gradient Porosity
Li Jiayang, Chen Baoming, Yun Heming, Zhang Yanyong, Zhang Zishi and Guo Mengxue
收稿日期：2019-08-06
响。Ouriemi[7]采用理论推导和数值计算相结合的方
法，分析了强化双扩散自然对流传热传质的因素。曾
敏等[8]利用压力与速度耦合的 SIMPLEC 算法，通过
数值研究，得到瑞利数、孔隙率等参数对多孔介质腔
体内自然对流换热的影响。MeLmani 等[9]建立孔喉网
络模型，数值计算了多孔介质的流动传热特性。Pian
等[10]分析了多孔介质内孔隙结构对多孔介质有效热
导率的影响，结果表明大量小孔隙的存在和孔壁会降
低多孔介质的有效热导率。Luai 等[11]通过有限体积法
模拟了固体热导率、流体热导率、孔隙率及孔隙大小
对多孔介质有效热导率的影响。陈凯等[12]通过在腔体
内放置固体颗粒模拟多孔介质结构，并采用虚拟区域
方法求解多孔介质中的流场和温度场。邵明芹等[13]
2020 年 3 月
洁净与空调技术 CC&AC
第1期
具有梯度孔隙率的多孔介质封闭方腔内的自然对流
山东建筑大学热能工程学院李佳阳*
山东建筑大学热能工程学院、山东省可再生能源建筑应用技术重点实验室陈宝明云和明
山东建筑大学热能工程学院张艳勇张自仕郭梦雪

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟引言多孔介质方腔内自然对流是一个复杂的物理现象，对于理解和优化多孔介质中的传热传质过程具有重要意义。

本文将通过数值模拟的方法，探讨多孔介质方腔内自然对流的影响因素。

二级标题1三级标题1.1在多孔介质方腔内，自然对流的影响因素之一是温度差异。

温度差异可以通过控制加热或冷却边界条件来实现。

数值模拟可以用来研究不同温度差异对自然对流的影响。

三级标题1.2另一个影响自然对流的因素是多孔介质的渗透率。

渗透率是描述多孔介质中流体流动能力的参数。

通过调整多孔介质的渗透率，可以改变自然对流的强度和方向。

数值模拟可以用来研究不同渗透率对自然对流的影响。

三级标题1.3多孔介质的孔隙结构也会对自然对流产生影响。

孔隙结构可以通过调整多孔介质的孔隙率、孔隙形状和孔隙分布来改变。

数值模拟可以用来研究不同孔隙结构对自然对流的影响。

三级标题1.4流体的物性参数也会对自然对流产生影响。

例如，流体的黏度和密度会影响流体的运动和热传递。

通过改变流体的物性参数，可以调整自然对流的特性。

数值模拟可以用来研究不同流体物性参数对自然对流的影响。

二级标题2三级标题2.1数值模拟方法的选择对于研究多孔介质方腔内自然对流也非常重要。

常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。

选择合适的数值模拟方法可以提高模拟结果的准确性和计算效率。

三级标题2.2在进行数值模拟之前，需要建立合适的数学模型。

数学模型应该包括流体流动和热传递的基本方程，以及多孔介质的物理特性参数。

通过合理的模型假设和适当的边界条件，可以准确描述多孔介质方腔内自然对流的行为。

三级标题2.3数值模拟的结果需要进行验证和验证。

验证是指将数值模拟结果与已知的实验数据进行比较，以验证数值模拟的准确性。

验证结果与实验数据吻合良好的模拟可以被认为是可靠的。

验证之后，还可以进行灵敏度分析，以研究不同影响因素对自然对流的影响程度。

三级标题2.4数值模拟的结果可以通过可视化的方法进行展示。

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟随着工程技术的不断发展，多孔介质在各个领域中都得到了广泛应用。

多孔介质的研究，不仅可以为工程技术的进步提供参考和支持，还可以为环境保护和自然资源的利用提供更好的方法和途径。

其中，多孔介质方腔内自然对流是热传输和流体力学研究中的一个重要问题。

对它的深入研究可以为工程应用中的热传输和流体力学问题提供解决方案。

多孔介质方腔内自然对流中的影响因素有很多，一些典型因素如下。

（1）孔隙结构和细度：孔隙结构和细度是多孔介质的基本特征，对流体的流动和热传输性能有较大的影响。

孔隙大小和孔隙连通性影响多孔介质的渗透性和其它物理性质。

孔隙结构和细度越大，流动越容易，渗透性也越高。

因此，在多孔介质方腔内自然对流研究中，孔隙结构和细度是必须考虑的因素之一。

（2）几何形状和大小：多孔介质方腔内自然对流的几何形状和大小是影响对流传热的重要因素。

几何形状和大小越复杂，对流越激烈，传热效率也越高。

同时，几何形状和大小也影响多孔介质的流动阻力和渗透性。

因此，在多孔介质方腔内自然对流研究中，几何形状和大小也是需要考虑的因素之一。

（3）温度差异和热源：多孔介质方腔内自然对流是由温度差异所引起的流动，因此温度差异和热源是对流传热的直接因素。

温度差异越大，对流速度越快，传热效率也越高。

同时，热源的位置和形状也影响多孔介质方腔内自然对流的流动方式和传热特性。

因此，在多孔介质方腔内自然对流研究中，温度差异和热源也是需要考虑的因素之一。

（4）材料属性和物理参数：多孔介质的材料属性和物理参数也是影响对流传热的重要因素。

多孔介质的热传导率、渗透性、密度和粘度等物理参数直接影响对流传热的速率和效率。

因此，在多孔介质方腔内自然对流研究中，材料属性和物理参数也是需要考虑的因素之一。

针对以上因素，可以通过数值模拟的方法进行多孔介质方腔内自然对流的研究。

数值模拟是一种基于计算机的数值分析方法，可以通过数值计算模拟真实物理过程，并分析所研究的问题。

方腔内热磁致空气自然对流数值研究

方腔内热磁致空气自然对流数值研究宋克伟;王良璧;李奇威【摘要】Magneto-thermal natural convection of air in a square enclosure under gravity field and together with a non-uniform magnetic field provided by a permanent Neodymium-Iron-Boron mag-net is numerically studied.The physical fields of magnetizing force,velocity and temperature as well as the local distribution characteristics of Nusselt number are all presented in this paper with Rayleigh number 105 and with the residual magnetic flux density ranges from 0.5 T to 3.5 T.The results show that the natural convection of air in the square enclosure under the magnetic and gravity fields is quite different from that under the gravity field alone.The natural convection is decreased when the magnetic field is added to the gravity field as the model studied in this paper and the inhibitory effect increases with increase of magnetic filed strength.The velocity and tem-perature fields and the distribution of the local value of Nusselt number are quite different from that under the gravity field alone.Under the magnetic field supplied by a permanent magnet with a residual magnetic flux density 3.5 Tesla,the value of Nu drops by 47%.%建立了处于空间中的孤立永磁体产生的永磁场中的二维方腔热磁自然对流模型，并通过数值计算的方法研究了方腔内空气在重力和磁化力驱动下的自然对流现象.在瑞利数105和磁场强度0.5~3.5 T范围内，研究了梯度磁场对自然对流的抑制作用，给出了方腔内磁浮升力场，温度场、流场的变化以及方腔内壁面的换热特性.结果表明：高剩磁钕铁硼永磁体磁场可以明显的抑制方腔内自然对流，与重力场自然对流相比，方腔内流场和温度场发生了明显的变化，剩磁3.5 T时Nu减小达47%.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P105-109,118)【关键词】自然对流;永磁体;永磁场【作者】宋克伟;王良璧;李奇威【作者单位】兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191【正文语种】中文【中图分类】TK121方腔内的自然对流与很多环境和工业应用相关，比如太阳能空气集热器、太阳能烟囱、核和化学反应器、电子设备的冷却以及大空间空气调节等.文献［1-3］已对方腔内不同热边界条件下（水平方向温差或垂直方向温差）的自然对流进行了大量研究.近年来随着高温超导材料的发展，借助超导磁体可以产生高达10T的强磁场，一些新的发现也随着超强磁场的应用逐渐被认识［4-6］.日本学者Wakayama［5-6］通过对气体流动和燃烧的磁效应的研究，建立了磁空气动力学.Ozoe等［7-8］对超导磁体磁场作用下空气和磁流体的自然对流换热进行了深入研究.但是，现有关于磁场在对流换热领域应用研究中使用的基本都是超导磁体产生的强磁场，而且往往被看作是均匀磁场.由于永久磁体特别是孤立永久磁体磁场计算比较复杂且永磁体的磁场强度较弱，关于永久磁体所产生的不均匀磁场作用下的流动传热问题的文献非常少见.随着永磁体技术的发展，钕铁硼永磁体具有剩磁大和矫顽力高的特点，逐渐在各个领域广泛应用.高磁能积使得钕铁硼所产生的磁场可以容易地将空气磁化并驱动空气产生自然对流.本文首先通过数值方法获得空间中孤立钕铁硼永磁体所产生的磁场，然后研究了磁场对物理不稳定方腔内自然对流的抑制作用以及磁场强度变化对方腔内流场和温度场的影响.1 物理模型任何介质在磁场中都受到磁场力的作用，磁化力的大小取决于外加磁场和物质本身的性质.空气各组成气体中，O2和NO具有顺磁性，而N2，CO，CO2具有逆磁性［9］.O2的容积磁化率为141.3×10-9，N2为-0.39×10-9，CO2为-0.78×10-9，CO为-0.44×10-9，NO为60.3×10-9.混合气体的磁化率χc与各成分容积磁化率χ和体积含量φ之间的关系如下［9］：式中：χˊ为非氧成分气体的磁化率.由于非氧成分各气体的容积磁化率均很小并且有正有负，基本互相抵消，式（1）中第二项可忽略.因此，空气在磁场中会被磁化而呈现顺磁性.建立如图1所示模型，钕铁硼永磁体位于两维方腔上方，永磁体边长为0.05 m，剩磁沿着z方向.方腔边长为0.05m，位于永磁体中心界面并与永磁体间隔1mm.方腔上下表面温度保持不变，其中下表面被加热，上表面被冷却，左右两面绝热.图1 物理模型Fig.1Physical model2 数学公式磁性气体在磁场中受到的磁化力［10］可以表示为包含磁化力的动量方程为方腔内充满空气，假设空气为不可压缩牛顿流体，满足Boussinesq假设.当方腔内空气处于温度均匀稳定状态时，空气密度及磁化系数都是常数，自然对流不会在方腔内产生，这时式（3）满足：下标0表示在参考温度下的参数值，不带下标的则表示随温度变化的参数值.式（3）减式（4）有：理想气体热膨胀体积系数可表示为根据居里定律，磁化系数是温度的函数，则：密度差和ρχ差值可由泰勒展开式在参考温度下展开求得（略去高阶项）：因此，在磁场和重力场中方腔内空气自然对流可以表示为连续性方程：令：p＝p0＋p′，动量方程：能量方程：无量纲数为永磁体磁感应强度可表示为式中：M为永磁体剩磁强度.空间孤立体永磁体磁场的计算可参照文献［11］，计算所得方腔内的磁场及磁力线如图2所示.图2 方腔内永磁场及磁场线Fig.2 Permanent magnetic field and magnetic field line in square enclosure3 数值方法采用Simple算法［12］求解方腔内的流动与传热耦合问题.在三组网格（x×z）：62×62，82×82，102×102之间进行了数值解的网格独立性考核，如表1所示.在Ra＝105，Br＝0时，三组网格计算所得Nu的最大差别小于0.5%.为考核数值结果的正确性，本文采用网格82×82所得计算结果与文献［13］中数据误差小于0.03%.文中计算结果均采用网格82×82，计算所用其它物理参数如表2所示.表1 网格独立性考核（Pr＝0.7，Ra＝105，g＝9.8m·s-2）Tab.1 Grid independence assessment（Pr＝0.7，Ra＝105，g＝9.8 m·s-2）网格Nu62×62 4.540 82×82 4.523 102×102 4.520 K.Khanafer［13］4.522表2 物理参数（300K，1atm）Tab.2 Physical parameters（300 K，1 atm）计算所用物理量数值重力加速度（g）9.8m·s-2普朗特数（Pr） 0.702空气密度（ρ）1.177kg·m-3动力粘性系数（ν）15.718×10-6 m2·s-1粘性系数（μ）18.5×10-6 Pa·s真空磁导率（μ0）4π×10-7 H·m-1导热系数（λ）2.646×10-2 W·（m·K）-1热扩散系数（α）22.45×10-6 m2·s-1质量磁化系数（χO2）1.738×10-6 m3·kg-1体积膨胀系数（β） 1／300.0K-1冷面温度（Tc）300.0K 4 结果及分析4.1 磁浮升力场在Ra＝105和不同磁场强度下（Br＝0.5T，1.5T，2.5T，3.5T），方腔内空气所受磁浮升力如图3所示.磁浮升力在方腔内关于z向中线对称分布，且随着永磁体距离的增加而减弱.随着磁场强度的增强，磁浮升力也逐渐增大.由于永磁体位于方腔上部，因此，空气所受磁浮升力在z向的分量为负值，与重力浮升力方向相反. 4.2 速度场不同磁场强度下，方腔内自然对流速度场如图4所示.由于磁场与重力场方向相反（z向），空气所受重力和磁浮升力的合力随着磁场强度的增加而减小，使得空气自然对流的强度也随之减弱.在磁场强度较弱（Br＝0.5T）时，磁浮升力很小（见图4a），磁场对自然对流的影响也较小，方腔内自然对流主要受重力浮升力的主导.方腔内速度场与重力场下的速度场非常相似，在方腔内形成一围绕方腔中心旋转的涡.随着磁场强度的增加，磁场对自然对流的抑制作用逐渐增大.从图4中可以看出，方腔内自然对流的速度随着磁场强度的增加而减小，强度明显减弱.磁场强度增加时，方腔内流场结构与重力场相比发生了明显的变化，方腔内形成一对关于z向中线对称且旋转方向相反的涡.在磁场强度Br＝2.5T时（见图4c），在方腔上部靠近永磁体处，在磁浮升力的作用下形成第二对新的反向旋转的涡.随着磁场强度的进一步增大（Br＝3.5T），磁场对自然对流的影响逐渐增强，第一对涡的强度逐渐减弱，而第二对涡的强度逐渐增强，如图4d所示.从图5方腔内流线图中可以清楚的看出这两对涡的位置变化关系.在磁场强度较弱时，Br＝0.5T（见图5a），在方腔中心形成一逆时针旋转的涡，流线关于中心旋转对称，并且中心涡的诱导下，在方腔左上角和右下角区域还存在两个旋转方向相同的较小的涡.在磁场强度增加到1.5T时（见图5b），方腔内形成一对反向旋转的涡，涡的中心在方腔中心以下.随着磁场强度增加到2.5T，在磁浮升力较大的区域（方腔上部）形成第二对新的反向旋转的涡，如图5c所示.随着磁场强度的进一步增大（Br＝3.5T），第二对涡向下移动且强度逐渐增大，如图5d所示.图3 磁浮升力场Fig.3 Magnetic buoyancy force field图4 速度场Fig.4 Velocity vector field4.3 方腔内温度场不同磁场强度下，方腔内温度场如图6所示.在磁场强度较弱时（Br＝0.5T），磁场对自然对流的影响较小，温度场如图6a所示.在方腔冷热面上，温度梯度最小处位于方腔热壁靠近左壁面和冷壁靠近右壁面处.而在磁场强度较大时，流场在方腔内对称，温度场也关于z向中心线对称分布，如图6b-6d所示.方腔内热壁附近靠近热壁中心处的温度梯度最大，两端温度梯度最小，而冷壁附近靠近中心处的温度梯度则最小，而在两端的温度梯度最大.图5 不同磁场强度下，方腔内流线分布Fig.5 Streamlines under different magnetic field strength图6 不同磁场强度下方腔内温度场Fig.6 Temperature fields under different magnetic field strength4.4 壁面Nu分布磁场强度变化对方腔内壁面局部Nulocal的影响如图7所示，随着磁场强度的增加，壁面局部Nulocal逐渐减小.图7a为热壁表面Nulocal的分布曲线.在磁场强度较弱（Br＝0.5T）时，磁场对方腔内自然对流的影响非常小，热壁表面局部Nulocal变化非常小，基本与重力场下的数值重合.在磁场强度增加到1.5T时，磁场对方腔内自然对流的抑制作用增强，方腔内流场结构的变化也改变了内壁的换热特性.热壁表面Nulocal关于壁面中心呈两边对称分布.由于温度梯度在中心处最大，因此Nulocal在中心处也最大，从中心点向两边逐渐减小.图7b为冷壁表面Nulocal分布，在磁场强度较弱时，冷壁局部Nulocal的分布与热壁相似，但当磁场强度较大时，冷壁Nulocal分布与热壁不同.壁面Nulocal虽然也关于壁面中心对称分布，但Nulocal变化相对平缓且最小值在冷壁中心处.Br＝1.5T时，最大值在x／L＝0.25，0.75处.在Br＞1.5T时，由于靠近冷壁处第二对反向旋转涡的影响，Nulocal在冷壁两端取得最大值.图7 磁场强度对壁面Nulocal的影响Fig.7 Effect of magnetic field strength on Nulocal方腔内平均Nu随着磁场强度的变化如图8所示，Br＝0表示方腔仅处于重力场中.从图8中可以明显的看出，在磁场强度较小时（Br＝0.5T），Nu变化不大.随着磁场强度的增加，磁场对自然对流的抑制作用逐渐增大，方腔内平均Nu迅速减小.在Br＝3.5T时，方腔内平均Nu下降了近47%.图8 磁场强度对平均Nu的影响Fig.8 Effect of magnetic field strength on Nu 5 结论本文通过数值方法获得了处于空间中孤立永久磁铁产生的磁场，并研究了不同永磁场强度对方腔内自然对流的抑制作用.在永磁场强度小于0.5T时，磁场与重力场相比对自然对流的影响比较微弱.随着磁场强度的增大，方腔内自然对流的强度和换热逐渐减弱.在Br＝3.5T时，方腔内自然对流的流场结构和壁面Nu分布规律发生明显变化，平均Nu减小约47%.【相关文献】［1］ Yang K T.Natural convection in enclosures，in handbook of single phase convection heat transfer［M］.New York：Wiley，1987.［2］ De Vahl Davis G.Natural convection of air in a square cavity：a benchmark numerical solution［J］.Int.J.Numer.Methods Fluids，1983，3：249-264.［3］ Fusegi T，Hyun J M，Kuwahara K，et al.A numerical study of three dimensional natural convection in a differentially heated cubical enclosure［J］.Int.J.Heat Mass Transfer，1991，34（6）：1543-1557.［4］ Braitewaite D，Beaughnon E，Tournier R.Magnetically controlled convection in aparamagnetic fluid［J］.Letters to Nature，1991，354（14）：134-136.［5］ Wakayama N I.Behavior of gas flow under gradient magnetic fields［J］.J.Applied Physics，1991，69：2734-2736.［6］ Wakayama N I.Magnetic promotion of combustion in diffusion flames［J］.Combustion Flame，1993，93：207-214.［7］ Tagawa 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幂律流体方腔自然对流换热数值分析

学号密级__________ 哈尔滨工程大学学士学位论文幂律流体方腔自然对流换热数值分析院（系）名称：核科学与技术学院专业名称：核工程与核技术学生姓名：XXX指导教师：XXX 教授哈尔滨工程大学201X年X 月学号密级____________ 幂律流体方腔自然对流数值分析Numerical Analysis of Pow-law Fluid Natural Convection in Square Cavity学生姓名：XXX所在学院：核科学与技术学院所在专业：核工程与核技术指导教师：XXX职称：教授所在单位：哈尔滨工程大学论文提交日期：201X年6月16日论文答辩日期：201X年6月21日学位授予单位：哈尔滨工程大学摘要封闭方腔自然对流问题对核反应堆的安全设计有着重要意义，但是目前已有研究大多围绕牛顿流体进行，而实际上自然界大多数流体为幂律流体，针对幂律流体在方腔内自然对流换热的研究是有实际意义的。

本文先对方腔建立了物理模型，然后利用GAMBIT软件对其进行网格划分。

为了提高精度和减少计算时间，本文采用非均匀网格划分，将划分好的网格导入FLUENT 中后，通过FLUENT软件进行数值模拟。

本文主要研究幂律指数和瑞利数对自然对流换热的影响。

结果表明幂律指数和瑞利数对幂律流体方腔自然对流均有较大影响，且随着幂律指数和瑞利数的增大，方腔内的自然对流越来越剧烈。

当幂律指数大于10时，方腔内的流动由层流转为湍流。

关键词：幂律流体；自然对流换热；方腔ABSTRACTThe research of Non-Newtonian fluid natural convection in square cavity is very significant for security design of nuclear reactor.right now most of the research is focus on the Newtonian fluid ,but most of fluid is Non-Newtonian in the nature.So it is meaningful to research the Non-Newtonian fluid natural convection in square cavity.This article establish a physical model for a square cavity at first,and then use GAMBIT software to mesh the physical model.In order to improve the accuracy,we use non-uniform mesh,after import grid in FLUENT,we start to simulate by FLUENT.This research mainly discus the effects of Power-law exponent and Rayleigh number for the Non-Newtonian fluid natural convection in square cavity.The result show the Power-law exponent and Rayleigh number have a great impact for the Non-Newtonian fluid natural convection in square cavity,and with the power-law exponent and Rayleigh number increases ,the natural convection become more and more intense.Key words：Power-law fluid; Natural convection; Square cavity目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 国内外研究现状 (2)1.4 本文工作 (4)第2章仿真模型的建立 (6)2.1 FLUENT软件介绍 (6)2.1.1 FLUENT概述 (6)2.1.2 FLUENT的功能 (6)2.1.3 FLUENT组成 (8)2.2 GAMBIT软件介绍 (9)2.2.1 GAMBIT概述 (9)2.2.2 GAMBIT的主要特点 (9)2.3 自然对流换热数值模型 (9)2.4 物理模型介绍 (10)2.5 本章小节 (11)第3章数值计算方法介绍 (12)3.1 计算传热传质概述 (12)3.2 数值计算方法简介 (13)3.3 非均匀网格的划分 (15)3.4 本章小结 (15)第4章计算结果及分析 (17)4.1 计算结果的验证 (17)4.2 流变指数的影响 (17)4.2.1 流变指数对Y向速度的影响 (17)4.2.2 流变指数对温度分布的影响 (18)4.3 瑞利数的影响 (21)4.3.1 瑞利数对Y向速度的影响 (21)4.3.2 瑞利数对温度分布的影响 (22)4.4 本章小结 (24)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (28)第1章绪论1.1 课题背景流体的换热可以被分为两大类，分别为自然对流换热和强制对流换热。