不同温度下巨嘴鸟喙自然对流换热的数值研究

摘要

针对托哥巨嘴鸟鸟喙结构特殊和换热能力强的特点,采用自然对流数值模拟的方法分别对其在30℃和15℃2种极端环境中的换热展开研究。沿长度方向截取鸟喙不同位置的温度云图,结果表明:高温环境下鸟喙的换热强度更大;而低温环境中只在颅骨附近出现明显的温度边界层。这是由于低温环境的局部瑞利数（Ra_x）在颅骨附近剧烈变化,而在喙前中段Ra_x较小以致该处对流换热现象不明显。通过流线图发现,高温环境中尖端的卷吸作用一定程度上改善了因喙尖的小面积所引起的换热量不足,充分发挥了喙的每一块散热面积的作用;低温环境的鸟喙卷吸效应集中于颅骨附近,不可避免地造成部分热量损失。3个无量纲数C_p、C_f和Nu的分析结果表明,2种环境下上颌骨区域C_p皆为负值,促使冷空气汇入边界层内,改善了由于预热效应而引起的小温差对换热的缺陷。特别在低温环境下,鸟喙前中部的C_p和C_f几乎为0,同时Nu稳定于一个较小值,以减少自身热量散失。

关键词

巨嘴鸟 / 鸟喙换热 / 自然对流 / 生物传热