[发明专利]一种有效控制带分隔板自然对流腔内温度的边界处理方法

说明书

本发明提出一种有效控制带分隔板自然对流腔内温度的边界处理方法。采用本发明方法在恒温底板加热前，先间隔的在底板进行局部的脉冲加热，控制系统冷热腔的交替出现；通过边界的控制方法，能够有效的使系统中形成冷热交替分布的高效热输运通道。

技术领域

本发明涉及热对流传热领域，更具体的，涉及一种有效控制带分隔板自然对流腔内温度的边界处理方法。

背景技术

如图1所示，带分隔板的浮力对流系统的温度场，底板恒温加热，顶板恒温冷却。图中白色区域表示绝热分隔板，有颜色区域代表温度，系统中存在整体温度几乎为0的腔体，而这一腔体对系统的传热没有贡献，不利于系统的高效传热。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提出一种有效控制带分隔板自然对流腔内温度的边界处理方法。采用本发明方法在恒温底板加热前，先间隔的在底板进行局部的脉冲加热，控制系统冷热腔的交替出现；通过边界的控制方法，能够有效的使系统中形成冷热交替分布的高效热输运通道。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种有效控制带分隔板自然对流腔内温度的边界处理方法，包括以下步骤：

S1、定义变量和初值设置，时间步推开始；

定义整型变量包括：Pr＝5.3，Pr为普朗特数，表示系统中的工作介质；Ra＝10⁸，Ra为瑞利数；隔板数nj，计算时间步nt，计算总时间步数ntm，时间步长dt＝5.0×10^-4；

定义浮点型变量包括速度V，压力P，温度θ，压力迭代的收敛误差eps＝1.0×10^-6；其中V＝(u，v)，u为横向速度，v为纵向速度，

初值设置：其中速度V，压力P，温度θ初值设置为0，底板温度设置为θ_底＝0.5，上板温度设置为θ_上＝-0.5；

S2、加入脉冲加热，对恒温加热板进行局部脉冲加热，加热温度大小设置为恒温底板的两倍；

S3、采用二维投影法，将速度和压力解耦，求出预估速度V^*；

速度和压力解耦，得到以下两个方程：

上述方程中，k表示纵向的单位向量，t表示时间，t＝nt*dt；

利用第一个方程(1)，求出预估速度V^*；

S4、利用预估速度V^*求解压力泊松方程得到压力P；

S5、将方程(2)变换为根据压力P及方程由压力和预估速度求出新时间层的速度Vⁿ⁺¹；

S6、通过求得的新时间层的速度Vⁿ⁺¹，再由N-S方程中的能量方程：

通过上面的方程(3)求出新时间层的温度θ；

S7、将新时刻层的温度θ与脉冲加热的通道中间特定位置处的温度比较，当θ大于设定温度阈值时，说明脉冲加热已经足够，撤去脉冲加热，若小于温度阈值，则跳转到步骤S2继续加热；

S8、继续执行循环，直到计算步数达到设定的总时间步数ntm，结束。