Аннотация
Введение 4
1. Современные исследования конвективно-радиационного теплообмена в полости
при наличии изотермического источника 5
2. Постановка задачи 9
2.1. Физическая и геометрическая постановки задачи 9
2.2. Математическая постановка задачи 10
3. Численное решение задачи 12
3.1. Краткое описание используемого численного метода 12
3.2. Метод прогонки решения системы линейных алгебраических уравнений 12
3.3. Модель анализа излучения в прозрачных средах 13
3.4. Метод расчета угловых коэффициентов 16
3.5. Влияние сеточных параметров 17
4. Тестовая задача 18
5. Заключение 20
Литература 21
Всестороннее исследование процессов тепловой конвекции является актуальной проблемой гидромеханики и теплообмена, поскольку они часто встречаются во многих задачах практики. Интересные и важные эффекты наблюдаются в объемах любого масштаба - от микроскопических в порах и полостях, строительных материалов и конструкций, до конвекции в масштабах Земли, в задачах геофизики. В процессах свободной конвекции, в отличие от вынужденной, течение возникает под действием разности температур. Поэтому процессы передачи тепла и течение жидкости неразрывно связаны друг с другом, и нельзя рассматривать один процесс независимо от другого. Теоретические вопросы свободной конвекции изучались в работах Соковишина Ю.А. и Мартыненко О.Г. [1], Полежаева В.И. [2], Гершуни Г.3 и Жуховицкого Е.М. [3] и др. Предметом исследований были вопросы устойчивости конвективных течений, конвекция в каналах и полостях. Наряду с конвекцией есть очень важная область изучения теплообмена с помощью инфракрасного излучения. При инфракрасном излучение человек может ощущать процесс теплообмена, поэтому инфракрасное излучение еще называют тепловым излучение. Тепловое излучение было открыто английским астрономом У. Гершелем в 1800 году. Тепловое излучение непосредственно играет важную роль в жизни человека. Самый первый пример, который приходит в голову, это, конечно же, излучение Солнца, которое обогревает земную поверхность. В отличие от конвекции и теплопроводности тепловое излучение не зависит от разности температур между участками, а зависит от абсолютных температур некоторых объектов. Так же отличительной чертой теплового излучения является способность теплообмена в вакууме, благодаря этой особенности такой теплообмен широко распространён в космической промышленности.
Исследования в каждой задаче были проведены в широком диапазоне изменения определяющих параметров: Ri = 0.1-100; Pr = 0.71; h?JL = 0.1-0.3; 0 < т < 100; 0 < s< 0.9. Получены распределения изолиний функции тока и температуры, а также среднего конвективного и радиационного чисел Нуссельта в зависимости от величины температурного напора, времени и высоты правой стенки. В результате установлено, что:
- увеличение числа Ричардсона приводит к смене режима течения и увеличению основного вихря в каверне, а также проявляется в росте среднего числа Нуссельта;
- изменение размера и положения источника энергии приводит к образованию дополнительных зон охлаждения и появлению небольших вихрей в нижних углах каверны. При источнике, расположенном на правой стенке, происходит изменение течения в каверне и наблюдается увеличение среднего числа Нуссельта;
- увеличение выступа h2 / L приводит к уменьшению интенсивности теплообмена;
- рост степени черноты приводит к значительному повышению среднего радиационного числа Нуссельта и незначительному изменению конвективного числа Нуссельта, а также способствует прогреванию верхней части канала.
