發(fā)布時(shí)間：2021-05-28 10:18

　　為了更好地理解相變漿體的流動(dòng)與熱質(zhì)傳遞過(guò)程,對(duì)冰晶顆粒在水中的浮升融化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究.計(jì)算模型考慮了多種作用力下冰晶顆粒的自由浮升過(guò)程,并通過(guò)焓-多孔介質(zhì)法對(duì)顆粒浮升中伴隨的融化過(guò)程進(jìn)行了描述.利用該模型研究了流體與顆粒的換熱溫差以及顆粒內(nèi)部過(guò)冷對(duì)其非均勻浮升融化過(guò)程的影響,獲得了顆粒浮升融化過(guò)程中的形態(tài)變化以及涉及到的流動(dòng)與傳熱特性.計(jì)算結(jié)果表明,冰晶顆粒內(nèi)部的過(guò)冷度對(duì)顆粒的融化有極大的阻礙作用. 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,54(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

物理模型示意圖

(m p +C A ρ f V p )dv p /dt= ? ?? ??gV p (ρ f -ρ p )-C D πd 2 ρ f v p 2 /8- ? ?? ??C Η d 2 πρ f μ f ∫ 0 t ?v p /? t ′ t- t ′ d t ′ ?????? ??? (8)式中:mp,d,Vp分別為顆粒的質(zhì)量、直徑、體積;CD為無(wú)量綱的曳力系數(shù),這里采用文獻(xiàn)[13]的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式;t′為積分變量;CA和CH分別為虛質(zhì)量力常數(shù)和Basset力常數(shù)[14];g為重力加速度.

冰晶顆粒在浮升過(guò)程中受到多個(gè)力的作用,其中虛質(zhì)量力和Basset力是由于顆粒從靜止?fàn)顟B(tài)突然開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的,只在顆粒初始的加速階段對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有較大的影響.顆粒從初始狀態(tài)到融化結(jié)束時(shí)刻的速度變化曲線如圖3所示.在初始階段,冰晶顆粒由于運(yùn)動(dòng)速度小,所受曳力也比較小,而顆粒由于融化較少,體積變化不大,因此顆粒所受浮升力(為方便分析,定義浮升力為重力與浮力的合力)起主要作用,浮升力所產(chǎn)生的加速度較大.隨著顆粒浮升速度的增加,顆粒所受曳力逐漸增大,且顆粒所受浮升力由于顆粒的融化而減小,所以顆粒浮升的加速度逐漸減小.當(dāng)t=0.479 s時(shí),顆粒所受的浮升力與其他力相平衡,顆粒的加速度為0,其浮升速度達(dá)到最大值.在此時(shí)刻之后,顆粒的浮升速度開(kāi)始逐漸減小.這是由于此時(shí)顆粒的運(yùn)動(dòng)速度較大,即所受流體作用的曳力起主要作用,而顆粒由于融化導(dǎo)致體積減小,使得顆粒所受的浮升力小于曳力.因此顆粒雖然仍向上浮升,但加速度方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,顆粒逐漸減速.隨著顆粒的持續(xù)融化,浮升速度由于冰晶顆粒的體積越來(lái)越小而持續(xù)降低,直至冰晶顆粒融化完全,顆粒運(yùn)動(dòng)速度減小至0.為了更好地理解顆粒在浮升融化過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)及非均勻融化過(guò)程,在工況1條件下,液相場(chǎng)以及溫度場(chǎng)分布如圖4所示,其中yflo為當(dāng)前時(shí)刻冰晶顆粒向上浮升的距離.取t*=0.015,0.345,0.895時(shí)的分布進(jìn)行對(duì)比.相應(yīng)時(shí)刻的速度矢量場(chǎng)分布及其局部放大圖如圖5所示,其中v*為無(wú)量綱速度,v*=v/vp.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]溶解橢圓顆粒沉降的介觀尺度數(shù)值模擬[J]. 劉漢濤,江山,王艷華,王嬋娟,李海橋.  物理學(xué)報(bào). 2015(11)



本文編號(hào)：3208078