通风及内热源参数的方腔内混合对流模拟

孙梦楠， 宋桂秋， 周世华， 董祉序

(1.东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819；2.沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

在针对换热器[1]、空调系统[2]、电子设备冷却[3]等众多工程设计和能源问题的研究中，被分析流体往往受到外力和温度的共同影响，多以混合对流形式存在。合理设计和布置设备结构不仅可以有效加大能源利用率，还能够减少重要零件的损耗。利用方腔模型可以分析多种复杂场内流体的运动特性和传热规律[4]。在针对混合对流的研究中，也多采用具有内部加热元件的开口方腔模型进行模拟。Radhakrishnan等[5]通过实验证明了模型的可靠性，并指出采用数值模拟方法有利于优化热流表现。孙猛等[6]在不同的格拉晓夫数、瑞利数以及纵横比的条件下，研究了外界来流对方腔内混合对流换热的影响。Karimi等[7-8]建立了具有多个加热单元的复杂混合对流模型，并对热源的大小和位置进行了讨论。Chamkha等[9-10]借助于方腔模型对多种结构因素进行分析，研究结果表明，进、出流口的位置对混合对流的影响很大，在改善换热效率方面起着关键作用。

随着流体流动和换热机理研究的深入，新的数值计算方法也在不断涌现。格子Boltzmann方法(LBM)作为介观模拟算法的代表，在近几十年里发展迅速。与传统计算方法相比，LBM使用简化的动力学模型来处理微观过程，这使其在具有出色并行计算能力的同时能够更直观地表现粒子间的相互作用[11]。多参数弛豫时间(MRT)的引入也进一步提高了LBM的计算精度和稳定性[12]。……