二維對稱擴張管道混合對流之數值模擬

Abstract

本論文是以數值方法探討二維對稱擴張管中浮力對混合流場的影響。統禦 方程式建構在非正交曲線座標系上，利用有限體積法將方程式離散化，網 格則使用非交錯式的格點安排，再以 SIMPLE 型式的法則求解該代數方程 式。所測試的狀態包括流體Prandtl number為0.7 ，擴張比為3， 雷諾數 為56及114，半擴張角定在30°和90°等共三種情形。每一種情形中，傾 斜角從0°改變到180°，也就是從浮力加強狀態轉變為浮力消減狀態。在 浮力加強對流效應的狀況下，探討Grashof number 的影響直到無法求得 收斂解。結果顯示浮力加強下，若雷諾數夠大，將產生不對稱的流場。 當 Grashof number 增大時壁面的熱傳效果愈好，然而在管中心部分會產 生逆流，其流場對稱與否取決於 Grashof number 及雷諾數的大小。傾斜 角對流場的結構和溫度分佈有極大的影響，當傾斜角大於90°時將導致複 雜的流場，此時在壁面上產生數個迴流區 。