文摘
分析轴对称层流边界层混合对流流动的粘性、不可压缩流体对拉伸缸沉浸在热分层介质提出了。采用相似变换将执政的偏微分方程转化为高度非线性常微分方程。这些方程的数值解得到的拍摄方法。发现表面的传热速率低流动的热分层介质相比,无层理的媒介。此外,表面摩擦系数和传热速率相比一个圆柱体的表面更大平板。
1。介绍
许多对流过程发生在分层的环境。很好的例子是封闭的容器和环境室加热墙。的对流流动与排热系统长期深海模块分层海洋环境的力量。热分层流动也极大的兴趣在各种浮力流系统包括地热系统、地理交通、电厂冷凝系统,热工水力湖和火山流和工业热处理过程。可能出现的分层介质由于温度变化,使介质的密度变化。这就是所谓的热分层现象,通常由于热能输入介质来自激烈的身体和热来源。感兴趣的另一种情况是一个分层出现由于浓度的差异。这是有关在许多自然过程,如运输过程中分层存在由于盐度变化的海洋。分层可能出现由于存在不同的液体,因此,一个稳定的情况出现时,打火机液覆盖密度。温差层不同层和这些类型的流动有更广泛的应用在海洋学,工业和农业(1]。
由于加热表面流沉浸在一个稳定的分层研究粘性流体实验和分析等几项研究杨et al。2],Jaluria和Gebhart [3],陈和伊奇霍恩说[4的话,伊萨克et al。5]。流体流动和传热的研究在拉伸油缸或平板获得了相当大的关注由于其广泛应用在产业和重要的轴承在几个技术流程。起重机(6)调查了流引起的拉伸板。其他研究人员如p·s·古普塔和a . s .古普塔(7),杜塔等。8,陈和Char [9)扩大起重机的工作(6),包括不同的物理情况下的传热传质分析。最近,类似的问题的各个方面已经被许多作者研究了徐、辽等(10],Cortell [11,12),是et al。13),是和Sajid14的话,伊萨克et al。15,16]。
林和施17,18)被认为是层流边界层传热以及圆柱体横向和纵向移动和恒定的速度,并没有发现相似解决方案由于汽缸的曲率效应。申请和Nazar19]表明,相似的解决方案可能是通过假设圆柱体在轴向拉伸和线速度方向。事实上,该研究通过申请和Nazar [19)是一个扩展的问题被Grubka和Bobba20.和阿里21),也就是说,从拉伸板拉伸油缸。通过考虑混合对流和热分层现象的影响参数,添加一个新维度的上述研究申请和Nazar19]。
因为没有尝试分析了热分层现象对边界层的影响轴对称混合对流流沿着拉伸油缸,它被认为是。利用相似变换,一个三阶常微分方程相应的动量方程和二阶常微分方程相应的热方程的推导。使用射击方法,所需的精度水平,不同的值的数值计算进行无量纲参数。的分析结果表明,流场影响明显的混合对流参数和温度分层参数。表面摩擦和传热系数的估计是非常重要的因为他们的应用程序在行业也呈现在分析。希望获得的结果不仅会为应用程序提供有用的信息,但也作为补充以前的研究。
2。问题公式化
让我们考虑稳态轴对称混合对流流动的不可压缩粘性流体沿着拉伸圆柱体嵌入变量环境温度的热分层的流体介质,在那里(加热表面)。连续性、动量和能量方程管理这种类型的流 在哪里和组件的速度吗和方向,分别运动粘度,是流体密度,流体粘度系数,是液体的热扩散率,是流体的温度。假设对流流体和介质局部热力学平衡。
边界条件的问题 在哪里圆柱体的半径,拉伸速度,规定的表面温度,环境温度是变量。此外,参考速度,,参考温度,特征长度,和都是正的常数。
得到相似的解决方案(2。1)- (2。3)受边界条件(2。4),我们推出以下相似变换: 在哪里流函数定义为和相同的满足连续性方程(2。1)。用(2。5)(2。2)和(2。3)给 边界条件 '表示分化对在哪里,是分层参数,是混合对流参数,是曲率参数。我们注意到,是一个无层理的环境吗平板。
注意,如果(例如,在考虑()的问题,)降低沿拉伸平板边界层流动被阿里(21),与在这纸上。此外,当,,流场的解析解,给出了起重机(6)和温度场是由Grubka和Bobba20.]。
3所示。结果与讨论
为了获得一个清晰的了解的物理问题,数值结果显示图形。给出的结果是通过参数的影响研究表明几个无量纲参数,即曲率参数(),混合对流参数(),热分层参数(),普朗特的号码(公关)。
让我们先关注曲率参数的影响在速度和温度分布。在图1、速度资料显示为不同的值。速度曲线表明,运输的速度随距离增大而减小从表面和渐近在一些大型的距离消失了。表面较大的速度梯度大的值,并产生较大的表面摩擦系数。另一方面,发现温度降低而增加曲率参数的值(图2)。热边界层厚度降低增加,这意味着增加墙温度梯度,进而增加表面的传热速率。
分层参数的影响温度和温度梯度的表现出图3。由于分层,边界层的温度降低,从而导致的温度梯度下降的方式(在绝对意义上)。也能减少患热边界层厚度的增加分层参数。分层参数的增加,浮力因子()降低边界层内。环境温度分层导致明显降低当地的浮力的水平,从而降低边界层的速度。所有温度资料衰变的最大值在墙上自由流为零,也就是说,在边界层的外缘收敛。
普朗特数的影响(Pr)的温度资料展示在图4。发现温度降低和增加公关。普朗特数的增加降低了热边界层厚度。普朗特数的热扩散率意味着动量扩散系数的比值。普朗特数较低的流体具有较高的热导率(和更厚的热边界层结构),这样热量可以从墙上扩散速度比高Pr液体(薄层边界)。因此,普朗特数可以控制冷却的速度进行流动。
表面的速度梯度的变化成正比的皮肤摩擦系数呈现在图吗5。看到这个数字,表面摩擦系数较高(在绝对意义上)缸()相比,平板()。的负面价值呈现在图5是指固体表面施加环境流体阻力。在浮力的存在,表面摩擦系数的大小增加作为分层参数增加。
最后,图6显示的数量增加而增加的值对于这两个和。因此,在表面的传热速率减少,增加。此外,传热速率相比一个圆柱体表面较高的平板。
4所示。结论
本研究给出了数值解稳定的混合对流边界层流动和传热沿着拉伸缸热分层介质。在浮力的存在,表面摩擦系数的大小增加,但在表面的传热速率降低作为分层参数增加。在缺乏曲率参数,目前的问题降低了平板的。表面摩擦系数的大小和传热速率相比一个圆柱体表面较高的平板。
承认
金融支持收到马来西亚Kebangsaan大学(项目代码ukm - gup - 2011 - 202)。