從穩定流動狀態至靜止狀態過程密閉空間內流体之自然對流現象

Abstract

本文的目的為探討密閉空間內暫態自然對流的熱傳機構。這種暫態過程為：由原來的 穩定流動狀態逐漸衰減而終至靜止不動，和過去所探討的暫態過程有所不同。初期（ t ＝０）此密閉空間之左壁面為高溫壁面，右壁面為低溫壁面，而密閉空間內之自然 對流現象已達穩定流動狀態。開始時（t 〉０），左高溫壁面溫度突然下降至和右低 溫壁面溫度相同，由於熱邊界條件的改變，導致內部流體發展成另一種新的流動型態 。隨著時間的增加，流體之流動逐漸衰減，終至靜止不動。 計算過程中，採用處罰函數有限元素法，對時間項採用後向差分，並以牛頓法處理非 線性項。為節省大量記憶空間，用外心天空線法做為存取方式。為瞭解暫態過程中Ra leigh 數對熱傳機構的影響，文中分別對於以熱傳導機構為主的Ra＝１０4 情況和以 對流機構為主的Ra＝１０6 情形加以詳細探討。結果發現；兩者初期為穩定動狀態時 之流場只有一個渦流，當熱邊界改變後，兩者的流場都形成二個渦流，且隨著時間的 增加，逐漸轉變成以中心線為對稱的兩個渦流。在暫態過程中Ra＝１０4 時，只有左 邊的渦流傳熱給右邊渦流。而Ra＝１０6 時發生左右兩渦流相互熱傳遞的有趣現象。 此外，對於各時刻左右兩壁面的局部紐塞數分佈，流場，溫度分佈的變化亦加以詳細 的探討。