Влияние горизонтальных теплоизолирующих пластин на структуру конвективных течений и теплоперенос в замкнутой полости

Аннотация

Исследовано влияние горизонтальной теплоизолирующей пластины различных размеров на структуру конвективного течения и на полный тепловой поток в полости с аспектным отношением 5. Прямое численное моделирование выполнено с помощью открытого программного обеспечения OpenFoam 4.1 при числе Прандтля 6,12 и для двух чисел Релея: 3,9·10⁷и 3,9·10⁸. Во всех расчетах толщина пластины постоянна. Обнаружено, что структура течения существенно зависит как от размера пластины, так и от ее расположения. Изменение структуры среднего течения слабо влияет на тепловой поток в случае небольшой пластины. Увеличение размера пластины также не приводит к большим изменениям в тепловом потоке, за исключением случая, когда пластина располагается вблизи нижней границы. При этом число Нуссельта на 25% меньше по сравнению с конвекцией Релея-Бенара. Обнаружено, что значения кинетической энергии и числа Нуссельта не коррелируют друг с другом. С ростом числа Релея влияние пластины на тепловой поток уменьшается. Показано, что тепловой поток практически не зависит от расположения теплоизолирующей пластины, если расстояние от нее до нижней границы значительно превышает (в 10 и более раз) толщину температурного пограничного слоя. Установлено, что присутствие пластин в объеме жидкости существенно влияет на интегральные значения пульсаций ее скорости и температуры.