保温箱内隔热板效果模拟
今天我们讨论如下一个问题，假设将两个设备放置在一个保温箱内，其中一个设备恒温800℃，稳态情况下另一个设备的温度有多高以及两个设备之间放置一个隔热板后温度下降情况。 保温箱和隔热板的导热系数均按0.04W/m.℃考虑，设备的导热系数均按44.2 W/m.℃考虑。 该问题计算域包括保温箱固体域、保温箱内空气域、设备（隔热板）固体域。对于恒温设备，可以将该固体域掏空，转而设置为恒温壁面，这样即可减少一部分计算网格从而节省计算资源。 该问题的本质为密闭空间内的辐射自然对流计算，设备温度如此之高，辐射传热的比重相当高，必须进行计算。本案例采用DO模型，该模型适应范围最广，计算量也最大。 自然对流换热问题，气体密度模型很重要，常用的是boussinesq模型，但是当温度引起的密度变化较大时，该模型的误差会增大。本案例暂采用不可压缩理想气体模型，计算密度时，假设压力不变，密度只跟温度相关。需要注意的时，如果要考虑温度上升引起保温箱内压力变化，则不可用该气体模型。 保温箱外壁面采用第三类边界，传热系数10W/m2.℃，环境温度28℃。 对于密闭空间自然对流问题，压力的离散采用PRESTO!格式可以获得更为准确的近壁速度矢量。 下左图为没有隔热板的被加热设备温度云图，右图为加入隔热板后的被加热设备温度云图。可以看出加入隔热板后设备温度有所降低，隔热板减弱了两个设备之间的直接辐射换热。但是，由于隔热板未将两个设备完全隔开，热量还是显著通过辐射和对流“漏”到其他区域。 单独查看一下隔热板的温度情况，靠近热设备一侧的温度显著高于背面。 由于辐射和对流的强烈作用，内部空气的均匀性相对较高，且有无隔热板的影响很小，这一点可以从内部空气温度云图和温度报表看出。隔热板仅仅较为显著地增加了一个方向上（热设备向另一个设备的传热方向）的传热热阻。 倘若隔热板将两个设备完全隔开（这种情况通常称为热分区），效果如何？我们增加一个如下的计算模型。 这种情况下，被加热设备的温度分布如下，可以看出已显著降低。 再看一下保温箱内的空气温度，隔热板两侧的温度差异明显增大，亦即实现热分区。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
最近编辑：1年前
