密閉空間內熱對流受非穩定加速度及振動之影響分析

Abstract

本文目的在探討非穩定加速度及振動對密閉空間內熱對流的影響, 所用的物理模式為 上, 下壁面絕熱, 左右壁面等溫或等熱通量的二維方形密閉容器, 容器內裝的流體為 空氣, 所使用的數值方法為處罰函數有限元素法。本文內容主要分成四部份。 第一部份探討一模擬加速度場對等溫壁面密閉空間內暫態熱對流的影響, 結果顯示, 當加速度的變化率ㄧdRa(π)/dπㄧ 小於邊界層的發展速率Pr1/2ㄧRa(π)ㄧ3/2, 在 擬穩態的熱傳係數可直接應用於動態環境。 第二部份則探討模擬的加速度場對一壁面為等溫, 一壁面為等熱通量的密閉空間內熱 對流的影響, 由於不對稱的邊界條件, 非穩定加速度對左右壁面附近的熱流場的影響 不一致, 使得容器內的流體在整個變化過程中無法達到熱平衡, 容器內流體的溫度會 因熱對流的減弱而升高。 第三部份探討振動對密閉空間內穩態自然對流的影響, 結果顯示, 隨著振動頻率的增 加, 容器內的流場可依次區分為五種形式: (一)擬靜態區. (二)振動對流區. (三)共 振區.(四) 過渡區.(五) 高頻區. 其中擬靜態區的最大頻率可以表示成ω=Pr1/2R - a3/4(2G)-1/4。而熱共振頻率則可以表示成ω= .Pr. 熱傳係數Nu則可以因振動而增 加數倍。 第四部份探討振動對密閉空間內暫態自然對流的影響, 結果顯示, 在暫態過程中, 容 器的熱壁面因振動而形成了一渦流源, 渦流不斷的從熱壁面的上下角落流出, 其頻率 與振動頻率相同, 由於這些渦流的產生, 容器內流體加熱所需的時間隨著振動頻率的 增加而減少, 在高頻時, 由於在熱壁面附近往復式流場的不穩定性, 使得熱傳係數Nu 在暫態過程中會有突增的現象。