非均勻溫度邊界下多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱數(shù)值研究
發(fā)布時(shí)間:2021-11-01 23:52
針對(duì)太陽(yáng)能集熱器的多孔介質(zhì)吸熱管部件工作時(shí),存在受熱不均勻而引起劇烈的溫度循環(huán)變化和交變熱應(yīng)力所導(dǎo)致吸熱管出現(xiàn)疲勞破壞的問(wèn)題,開展了三維數(shù)值模擬。動(dòng)量方程采用Brinkman模型,能量方程采用非局部熱平衡下的雙方程模型。在入口溫度非均勻而壁面恒溫(工況1)和入口恒溫而壁面溫度非均勻(工況2)2種常見工況下,考察多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱過(guò)程,并采用無(wú)量綱形式對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。研究結(jié)果表明:無(wú)量綱速度參數(shù)對(duì)吸熱管內(nèi)對(duì)流傳熱過(guò)程影響顯著,Bi增大,流體和固體骨架溫差減小。通過(guò)改變?nèi)肟诤捅诿媸軣釛l件以及合理的控制參數(shù)范圍可以有效地降低多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)的最大溫差,從而改善吸熱管的工作效率,延長(zhǎng)使用壽命。
【文章來(lái)源】:輕工機(jī)械. 2018,36(04)
【文章頁(yè)數(shù)】:6 頁(yè)
【部分圖文】:
多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管示意圖Figure1Schematicdiagramofporoussolarreceiverpipe
圖4速度無(wú)量綱參數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature圖5流體有效導(dǎo)熱系數(shù)與固體骨架有效導(dǎo)熱系數(shù)之比κ對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi數(shù)為傳熱學(xué)中重要的無(wú)量綱參數(shù),表征固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。圖6給出了Bi數(shù)對(duì)2種工況下吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度的影響。從圖中可知,2種工況下流體和固體骨架間的無(wú)量綱溫差都隨著Bi數(shù)的增大而減小,當(dāng)Bi>400時(shí),流體和固體骨架無(wú)量綱溫度已幾乎看不出任何差距,這意味著當(dāng)Bi數(shù)趨于無(wú)窮時(shí),多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體和固體骨架之間的熱交換瞬間完成,非局部熱平衡退化至局部熱平衡模型。圖6Bi數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3結(jié)論在入口溫度非均勻而壁面恒溫以及入口恒溫而壁面溫度非均勻2種常見工況下,筆者對(duì)多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱問(wèn)題開展了數(shù)值模擬。針對(duì)本文研究,可得到以下主要結(jié)論:1)2種工況下多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度隨圓周角φ呈現(xiàn)余弦形式的周期變化,通過(guò)改變?nèi)肟诤捅诿娣蔷鶆蚴軣岬臈l件可以改善吸熱管內(nèi)最大溫差,降低吸熱管所受的循環(huán)熱應(yīng)力的影響,從而達(dá)到延長(zhǎng)太陽(yáng)能集熱器使用壽命的目的。2)流體速度場(chǎng)的無(wú)量綱參數(shù)不僅會(huì)改變多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體的流動(dòng)情況,同時(shí)對(duì)吸熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱過(guò)程產(chǎn)生較大的影響。3)多數(shù)情況下,κ對(duì)于吸熱管內(nèi)溫度場(chǎng)的影響可忽略不計(jì),Bi數(shù)趨于?
圖4速度無(wú)量綱參數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature圖5流體有效導(dǎo)熱系數(shù)與固體骨架有效導(dǎo)熱系數(shù)之比κ對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi數(shù)為傳熱學(xué)中重要的無(wú)量綱參數(shù),表征固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。圖6給出了Bi數(shù)對(duì)2種工況下吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度的影響。從圖中可知,2種工況下流體和固體骨架間的無(wú)量綱溫差都隨著Bi數(shù)的增大而減小,當(dāng)Bi>400時(shí),流體和固體骨架無(wú)量綱溫度已幾乎看不出任何差距,這意味著當(dāng)Bi數(shù)趨于無(wú)窮時(shí),多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體和固體骨架之間的熱交換瞬間完成,非局部熱平衡退化至局部熱平衡模型。圖6Bi數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3結(jié)論在入口溫度非均勻而壁面恒溫以及入口恒溫而壁面溫度非均勻2種常見工況下,筆者對(duì)多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱問(wèn)題開展了數(shù)值模擬。針對(duì)本文研究,可得到以下主要結(jié)論:1)2種工況下多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度隨圓周角φ呈現(xiàn)余弦形式的周期變化,通過(guò)改變?nèi)肟诤捅诿娣蔷鶆蚴軣岬臈l件可以改善吸熱管內(nèi)最大溫差,降低吸熱管所受的循環(huán)熱應(yīng)力的影響,從而達(dá)到延長(zhǎng)太陽(yáng)能集熱器使用壽命的目的。2)流體速度場(chǎng)的無(wú)量綱參數(shù)不僅會(huì)改變多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體的流動(dòng)情況,同時(shí)對(duì)吸熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱過(guò)程產(chǎn)生較大的影響。3)多數(shù)情況下,κ對(duì)于吸熱管內(nèi)溫度場(chǎng)的影響可忽略不計(jì),Bi數(shù)趨于?
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]非均勻溫度邊界條件下圓環(huán)通道橫截面內(nèi)溫度場(chǎng)的解析解[J]. 鐘家倫,李培超,王克用. 上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]槽式太陽(yáng)能真空吸熱管真空夾層熱損特性研究[J]. 朱天宇,金月,舒悅,蔡一凡. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2015(12)
[3]非均勻熱流密度下太陽(yáng)能吸熱管的溫度特性[J]. 崔文智,李洪香. 電源技術(shù). 2015(05)
[4]適用于太陽(yáng)能制冷設(shè)備的管殼式冷凝器[J]. 徐志剛,徐國(guó)強(qiáng). 輕工機(jī)械. 2013(06)
[5]正弦波溫度邊界下多孔介質(zhì)方腔內(nèi)非熱平衡對(duì)流傳熱數(shù)值模擬[J]. 吳峰,王剛,馬曉迅. 計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[6]周向非均勻熱流邊界條件下太陽(yáng)能高溫吸熱管內(nèi)湍流傳熱特性研究[J]. 常春,張強(qiáng)強(qiáng),李鑫. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(17)
[7]塔式太陽(yáng)能發(fā)電多孔介質(zhì)吸熱器動(dòng)態(tài)模型[J]. 許昌,劉德有,鄭源,呂劍虹. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2010(29)
[8]聚光太陽(yáng)能吸熱管的吸熱傳熱特性[J]. 陸建峰,丁靜,文玉良,楊建平. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2010(03)
[9]空氣在多孔介質(zhì)中對(duì)流換熱的數(shù)值模擬[J]. 姜培學(xué),李勐,司廣樹. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2001(05)
本文編號(hào):3470929
【文章來(lái)源】:輕工機(jī)械. 2018,36(04)
【文章頁(yè)數(shù)】:6 頁(yè)
【部分圖文】:
多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管示意圖Figure1Schematicdiagramofporoussolarreceiverpipe
圖4速度無(wú)量綱參數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature圖5流體有效導(dǎo)熱系數(shù)與固體骨架有效導(dǎo)熱系數(shù)之比κ對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi數(shù)為傳熱學(xué)中重要的無(wú)量綱參數(shù),表征固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。圖6給出了Bi數(shù)對(duì)2種工況下吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度的影響。從圖中可知,2種工況下流體和固體骨架間的無(wú)量綱溫差都隨著Bi數(shù)的增大而減小,當(dāng)Bi>400時(shí),流體和固體骨架無(wú)量綱溫度已幾乎看不出任何差距,這意味著當(dāng)Bi數(shù)趨于無(wú)窮時(shí),多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體和固體骨架之間的熱交換瞬間完成,非局部熱平衡退化至局部熱平衡模型。圖6Bi數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3結(jié)論在入口溫度非均勻而壁面恒溫以及入口恒溫而壁面溫度非均勻2種常見工況下,筆者對(duì)多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱問(wèn)題開展了數(shù)值模擬。針對(duì)本文研究,可得到以下主要結(jié)論:1)2種工況下多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度隨圓周角φ呈現(xiàn)余弦形式的周期變化,通過(guò)改變?nèi)肟诤捅诿娣蔷鶆蚴軣岬臈l件可以改善吸熱管內(nèi)最大溫差,降低吸熱管所受的循環(huán)熱應(yīng)力的影響,從而達(dá)到延長(zhǎng)太陽(yáng)能集熱器使用壽命的目的。2)流體速度場(chǎng)的無(wú)量綱參數(shù)不僅會(huì)改變多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體的流動(dòng)情況,同時(shí)對(duì)吸熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱過(guò)程產(chǎn)生較大的影響。3)多數(shù)情況下,κ對(duì)于吸熱管內(nèi)溫度場(chǎng)的影響可忽略不計(jì),Bi數(shù)趨于?
圖4速度無(wú)量綱參數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure4Effectofdimensionlessparametersofvelocityondimensionlesstemperature圖5流體有效導(dǎo)熱系數(shù)與固體骨架有效導(dǎo)熱系數(shù)之比κ對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure5EffectofratiooffluideffectivethermalconductivityandsolideffectivethermalconductivityκondimensionlesstemperatureBi數(shù)為傳熱學(xué)中重要的無(wú)量綱參數(shù),表征固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。圖6給出了Bi數(shù)對(duì)2種工況下吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度的影響。從圖中可知,2種工況下流體和固體骨架間的無(wú)量綱溫差都隨著Bi數(shù)的增大而減小,當(dāng)Bi>400時(shí),流體和固體骨架無(wú)量綱溫度已幾乎看不出任何差距,這意味著當(dāng)Bi數(shù)趨于無(wú)窮時(shí),多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體和固體骨架之間的熱交換瞬間完成,非局部熱平衡退化至局部熱平衡模型。圖6Bi數(shù)對(duì)無(wú)量綱溫度的影響Figure6EffectofBiondimensionlesstemperature3結(jié)論在入口溫度非均勻而壁面恒溫以及入口恒溫而壁面溫度非均勻2種常見工況下,筆者對(duì)多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)非達(dá)西強(qiáng)迫對(duì)流傳熱問(wèn)題開展了數(shù)值模擬。針對(duì)本文研究,可得到以下主要結(jié)論:1)2種工況下多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)無(wú)量綱溫度隨圓周角φ呈現(xiàn)余弦形式的周期變化,通過(guò)改變?nèi)肟诤捅诿娣蔷鶆蚴軣岬臈l件可以改善吸熱管內(nèi)最大溫差,降低吸熱管所受的循環(huán)熱應(yīng)力的影響,從而達(dá)到延長(zhǎng)太陽(yáng)能集熱器使用壽命的目的。2)流體速度場(chǎng)的無(wú)量綱參數(shù)不僅會(huì)改變多孔介質(zhì)太陽(yáng)能吸熱管內(nèi)流體的流動(dòng)情況,同時(shí)對(duì)吸熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱過(guò)程產(chǎn)生較大的影響。3)多數(shù)情況下,κ對(duì)于吸熱管內(nèi)溫度場(chǎng)的影響可忽略不計(jì),Bi數(shù)趨于?
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]非均勻溫度邊界條件下圓環(huán)通道橫截面內(nèi)溫度場(chǎng)的解析解[J]. 鐘家倫,李培超,王克用. 上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]槽式太陽(yáng)能真空吸熱管真空夾層熱損特性研究[J]. 朱天宇,金月,舒悅,蔡一凡. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2015(12)
[3]非均勻熱流密度下太陽(yáng)能吸熱管的溫度特性[J]. 崔文智,李洪香. 電源技術(shù). 2015(05)
[4]適用于太陽(yáng)能制冷設(shè)備的管殼式冷凝器[J]. 徐志剛,徐國(guó)強(qiáng). 輕工機(jī)械. 2013(06)
[5]正弦波溫度邊界下多孔介質(zhì)方腔內(nèi)非熱平衡對(duì)流傳熱數(shù)值模擬[J]. 吳峰,王剛,馬曉迅. 計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[6]周向非均勻熱流邊界條件下太陽(yáng)能高溫吸熱管內(nèi)湍流傳熱特性研究[J]. 常春,張強(qiáng)強(qiáng),李鑫. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(17)
[7]塔式太陽(yáng)能發(fā)電多孔介質(zhì)吸熱器動(dòng)態(tài)模型[J]. 許昌,劉德有,鄭源,呂劍虹. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2010(29)
[8]聚光太陽(yáng)能吸熱管的吸熱傳熱特性[J]. 陸建峰,丁靜,文玉良,楊建平. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2010(03)
[9]空氣在多孔介質(zhì)中對(duì)流換熱的數(shù)值模擬[J]. 姜培學(xué),李勐,司廣樹. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2001(05)
本文編號(hào):3470929
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