本文關(guān)鍵詞：細(xì)小圓管內(nèi)相變微膠囊懸浮液對(duì)流傳熱特性數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 相變微膠囊顆粒 恒定熱流密度 離散相模型 離散單元法 數(shù)值模擬

【摘要】：國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展加劇了資源的消耗,致使能源逐漸匱乏,故提高能源的利用效率已成為當(dāng)務(wù)之急,尋找一種新穎的儲(chǔ)能/輸運(yùn)介質(zhì)顯得愈發(fā)重要。相變微膠囊懸浮液因儲(chǔ)能密度高、表觀比熱大、減少傳熱介質(zhì)的需求量以及降低泵功消耗等諸多特點(diǎn),具有廣泛的應(yīng)用前景。論文對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行了研究回顧,獲得相變微膠囊(MEPCM)顆粒相變過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)式,基于CFD-DPM模型,全面考慮MEPCM所受重力和Saffman升力以及MEPCM-流體、MEPCM-壁面間的相互作用,采用紊流雙向耦合模型,對(duì)相變微膠囊懸浮液在細(xì)小圓管內(nèi)對(duì)流傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。構(gòu)建CFD-DEM耦合框架,對(duì)細(xì)小圓管內(nèi)顆粒未發(fā)生相變時(shí)的液固兩相流對(duì)流傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬。(1)CFD-DPM模擬結(jié)果顯示,管內(nèi)相變微膠囊懸浮液溫度分布呈現(xiàn)三個(gè)主要區(qū)域:未融化區(qū)域(RegionⅠ)、融化區(qū)域(RegionⅡ)和完全融化區(qū)域(RegionⅢ);相同條件下,純水、無(wú)相變懸浮液和相變微膠囊懸浮液三種工況對(duì)應(yīng)的流體出口溫度及壁面溫度均依次降低;沿管流方向,無(wú)相變懸浮液溫度分布云圖從規(guī)則的拋物線逐漸演變成更加凸出的曲線,相變微膠囊懸浮液溫度分布云圖則呈現(xiàn)具有尖峰的曲線。(2)隨著MEPCM質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,相變微膠囊懸浮液流動(dòng)壓降增大,通過(guò)擬合得到了相變微膠囊懸浮液有效黏度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)聯(lián)式,與Vand黏度關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)值相吻合;主流區(qū)域的流體速度增大,近壁區(qū)域的流體速度減小;流體及壁面溫度下降的幅度增大,對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化傳熱能力增強(qiáng);同時(shí),融化區(qū)域變長(zhǎng)并不斷向出口方向延伸;近壁區(qū)域的MEPCM顆粒最為密集,而主流區(qū)域濃度則相對(duì)較低,反映出紊流下顆粒相的非均勻分布特征。(3)入口流速和MEPCM顆粒生成總量相同的條件下,隨著MEPCM粒徑的增加,管內(nèi)紊流流動(dòng)壓降升高;主流區(qū)域的流體速度隨之變大,近壁區(qū)域的流體速度則相反;流體及壁面溫度更低于純水,對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化傳熱能力增強(qiáng);同時(shí),融化區(qū)域變長(zhǎng)并不斷向出口方向延伸;通過(guò)比較MEPCM粒徑呈現(xiàn)Rosin-Rammler分布與單一粒徑分布兩種情況,發(fā)現(xiàn)流體及壁面溫度沿管流方向的變化趨勢(shì)保持良好的一致性,進(jìn)一步證明了采用單一粒徑模擬細(xì)小圓管內(nèi)相變微膠囊懸浮液對(duì)流傳熱特性的結(jié)果具有較強(qiáng)的可靠性。(4)隨著壁面熱流密度增加,流體出口溫度與壁面溫度升高;近壁區(qū)域和主流區(qū)域的MEPCM融化的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)越靠近入口方向,對(duì)應(yīng)的相變?nèi)诨瘏^(qū)域越短;對(duì)于熱流密度較小時(shí),相變?nèi)诨瘏^(qū)域則相對(duì)變長(zhǎng)。(5)CFD-DEM模擬結(jié)果顯示,隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,管道內(nèi)顆粒的分布愈加密集;管道主流區(qū)域的顆粒速度較快,近壁區(qū)域的顆粒速度緩慢,因此顆粒在管道內(nèi)的空間運(yùn)動(dòng)分布呈拋物面形態(tài);沿管流方向單位長(zhǎng)度壓降增大,與CFD-DPM模擬結(jié)果一致。管道內(nèi)顆粒溫度呈現(xiàn)出與流體溫度相似的拋物面分布,隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,相同溫度分布的拋物面逐漸向出口方向移動(dòng);顆粒的擾動(dòng)加快了流體的相互參混,使得流體與顆粒之間的溫差逐漸縮小,強(qiáng)化了流體與顆粒之間的對(duì)流傳熱,這一現(xiàn)象隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加愈加明顯。
【關(guān)鍵詞】：相變微膠囊顆粒 恒定熱流密度 離散相模型 離散單元法 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 主要符號(hào)表9-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意義14
• 1.2 相變微膠囊14-19
• 1.2.1 相變材料14-15
• 1.2.2 相變微膠囊及其制備15-17
• 1.2.3 相變微膠囊的主要應(yīng)用領(lǐng)域17-19
• 1.2.4 相變微膠囊懸浮液及其應(yīng)用19
• 1.3 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-26
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)定20-22
• 1.3.2 數(shù)值模擬22-26
• 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容、目的及技術(shù)路線26
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容及目的26
• 1.4.2 技術(shù)路線26
• 1.5 創(chuàng)新點(diǎn)26-28
• 第二章 相變微膠囊懸浮液對(duì)流傳熱特性數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)28-42
• 2.1 相變微膠囊顆粒及其懸浮液熱物性參數(shù)28-31
• 2.1.1 密度28-29
• 2.1.2 黏度29
• 2.1.3 導(dǎo)熱系數(shù)29
• 2.1.4 比熱容29-31
• 2.2 相變微膠囊懸浮液強(qiáng)化傳熱機(jī)理31-33
• 2.2.1 相變微膠囊懸浮液與單相傳熱流體區(qū)別31
• 2.2.2 相變過(guò)程對(duì)懸浮液強(qiáng)化傳熱影響機(jī)理31-32
• 2.2.3 有效導(dǎo)熱系數(shù)增大對(duì)懸浮液強(qiáng)化傳熱影響機(jī)理32
• 2.2.4 相變微膠囊懸浮液強(qiáng)化傳熱物理機(jī)制32-33
• 2.3 CFD-DPM數(shù)學(xué)模型33-37
• 2.3.1 液相控制方程34
• 2.3.2 顆粒運(yùn)動(dòng)方程34-35
• 2.3.3 流體與顆粒相間作用力35-36
• 2.3.4 連續(xù)相與離散相雙向耦合36-37
• 2.4 CFD-DEM數(shù)學(xué)模型37-41
• 2.4.1 流體相控制方程37
• 2.4.2 顆粒相控制方程37-38
• 2.4.3 顆粒間接觸模型38-40
• 2.4.4 連續(xù)相與離散相雙向耦合40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第三章 模型有效性及相變強(qiáng)化傳熱研究42-51
• 3.1 計(jì)算模型42-44
• 3.1.1 物理模型42
• 3.1.2 數(shù)學(xué)模型42-43
• 3.1.3 定解條件43-44
• 3.1.4 數(shù)值求解44
• 3.2 模型有效性驗(yàn)證44-46
• 3.3 模擬結(jié)果與討論46-50
• 3.3.1 兩種懸浮液溫度與壁面溫度變化規(guī)律比較46-48
• 3.3.2 兩種懸浮液強(qiáng)化傳熱能力比較48
• 3.3.3 兩種懸浮液與純水的溫度分布比較48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 基于CFD-DPM相變微膠囊懸浮液流動(dòng)及傳熱特性模擬51-73
• 4.1 計(jì)算模型51
• 4.2 模擬結(jié)果與討論51-71
• 4.2.1 相變微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)51-58
• 4.2.2 相變微膠囊顆粒粒徑58-64
• 4.2.3 相變微膠囊顆粒Rosin-Rammler分布64-67
• 4.2.4 壁面熱流密度67-71
• 4.3 本章小結(jié)71-73
• 第五章 基于CFD-DEM無(wú)相變液固兩相流對(duì)流傳熱特性模擬73-84
• 5.1 CFD-DEM耦合理論73-76
• 5.1.1 CFD-DEM曳力模型73-75
• 5.1.2 對(duì)流傳熱模型75
• 5.1.3 輻射傳熱模型75-76
• 5.2 計(jì)算模型76-77
• 5.2.1 物理模型76
• 5.2.2 數(shù)學(xué)模型76-77
• 5.2.3 定解條件77
• 5.2.4 數(shù)值求解77
• 5.3 模擬結(jié)果與討論77-83
• 5.3.1 管內(nèi)的顆粒空間分布形態(tài)77-78
• 5.3.2 管內(nèi)的三維顆粒速度變化78-80
• 5.3.3 管內(nèi)的三維顆粒溫度變化80-81
• 5.3.4 顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)流體強(qiáng)化傳熱的影響81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 攻讀碩士期間主要成果92-93
• 致謝93

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本文編號(hào)：1102217