Mixed Convection Characteristic inside a Thermal Cycling Chamber with Nonuniform Perforated Plate

本文研究了含非均匀孔板的热循环试验箱内流场的流动结构与温度分布，采用数值模拟与实验相结合的方式进行研究。研究的主要内容包括： 1. 研究对象：热循环试验箱内的混合对流现象。 2. 研究方法：使用数值模拟方法，结合实验验证。 3. 孔板模型：采用多孔介质模型简化非均匀孔板，便于模拟。 4. 数值模拟中的近似方法：采用Boussinesq近似和低雷诺数模型。 5. 模拟结果：揭示了强迫对流和自然对流对流体流动和传热的共同贡献。 6. 实验设备：采用恒温风速仪进行实验测量，并验证了模拟结果的准确性。 7. 关键参数：研究了不同孔板布置对温度均匀性的影响。 8. 热循环过程：详细描述了热循环试验箱中的典型温度变化阶段，包括冷却至低温、在低温下维持一段时间、加热至高温、在高温下维持以及回到环境温度。 具体知识点包括： - 混合对流（Mixed Convection）：在自然对流和强迫对流同时存在的条件下发生的传热现象。在热循环试验箱中，由于温度梯度的存在和内部流动的强制，混合对流成为影响流场和温度分布的重要因素。 - 热循环试验箱（Thermal Cycling Chamber）：一种模拟极端环境条件的设备，广泛应用于航天器、半导体和精密仪器等的性能和可靠性评估。其主要功能是产生可能对测试样品造成的极端环境，以在测试过程中发现设计和制造缺陷。 - 多孔介质模型（Porous Medium Model）：在数值模拟中用于简化处理孔板等多孔结构的方法。通过压力损失类比来设置多孔区域，从而能够有效模拟流体在多孔介质中的流动。 - Boussinesq近似（Boussinesq Approximation）：在对流换热问题的数值模拟中常用来简化浮力项的处理方法。该近似假设流体的密度只在重力项中因温度而变化，其他项中的密度则视为常数。 - 低雷诺数模型（Low-Reynolds Number Model）：用于处理层流和低速湍流流动的模型。在热循环试验箱中的流动分析中，该模型有助于精确描述流体在近壁区的流动和传热特性。 - 温度均匀性（Temperature Uniformity）：热循环试验箱中的一个重要参数，指箱内温度分布的均匀程度。温度均匀性对测试结果的准确性和可靠性具有重要影响。 - 恒温风速仪（Constant Temperature Anemometry）：实验测量中使用的一种仪器，能够提供稳定的温度和测量风速。在本文的研究中，它被用来获取热循环试验箱内的温度分布数据，并与数值模拟结果进行对比。 通过这项研究，研究人员旨在提高热循环试验箱内的温度均匀性，减少测试过程中的温度波动，进而提升测试质量和效率。通过对非均匀孔板的布局进行优化，可以更好地控制箱内的流场和温度分布，从而使得试验箱内的热环境更加稳定，满足更严格测试的需求。