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潜热型热功能流体强化换热分析
2015年06月05日 13:48 中国换热器网
  1前g潜热型热功能流体是由不同方法特制的相变材料微胶囊和单相传热流体构成的种固液多相流体,是种集储热与强化传热功能丁身的新型储传热介质。已应用于航天器热控制电子设备冷却和流化床等领域。  实际的换热过程是混合物与壁面间的换热,时颗粒的相变过程受到流体与颗粒间的热交换控制。  建立了新的物理模型,采用新的混合物比热计算公数值模拟了定壁面热流加热的管道内层流流动的换热过程,分析了其强化换热效果的主要影响参数。  2换热过程的数理模型基本假设*大微胶囊体积分数为2,忽略颗粒对流体流动的影响和颗粒间的相反作用,流体是不可压缩层流牛顿流体。微胶囊颗粒是坚硬的球体,其两相热物性相同且不随温度变化。只考虑流动充分发展段,忽略流体的粘性耗散和轴向导热,入口温度均匀,1低于融化点温度,2.1工作流体换热过程根据上述假设,在柱坐标系下,圆符内1作流体的充分发展段能量方程为其中7小温度,0为密度,4为定压比热,为导热系数,〃为微胶囊的体积分数,和2分别为柱坐标系下的径向和轴向坐标变量,源项5相变微胶囊与流体之间的换热,为流体速度,下标1作流体。充分发展段速度分布其中为平均速度,尺,为管子半径。  基金项目国家自然科学基金资助项目No,50176048;NO.5007602;国家重点基础研究发展规划项目资助NO,G20026300妒位体枳的微胶囊与流体之间的换热量为7为颗粒的相界面卡径。将式8,10代入式7得。S其中,为相受颗粒的壁温度,为颗粒与叫闱流体的对流换热系数。为颗粒的料1 2.2相变微胶蠹的相变过程忽略相变过程液体的流动,颗粒迮。4流体换热作用下的相变过稃可用移动热源法描述31其小时间,标,代相变物质,为球坐标系下的径向坐标变量,6为球坐标系下相界面所在位置的径向坐标,源项函数咖的达式为其小,始发生相变的时刻,为相变过权结柬的时刻,心为相变了质的相变潜热。对流换热系数由文献1得巧已知,方程4可用文献31的移动热源法求解,2.3混合物能置方程山。述假设,混合物流体的能量方程为标〃代灰浞含流体,夂,为其有效导热系数由3流体和相变物质的密度不变时,由文献2得泥合物的记以比热为分数,下小和分别七相变前的物质和相变后的物质。相变前物质的质景分数由方程可以看出,混合物的能量方程受相变物质的体枳分数和相变速率的影响。  3方程的无量纲化及边界条件3.1方程的无量纲化付厂本文研究的定,面热流加热怙况定义如下的尤贵纲参数无量纲温度9=不入1温度。为壁曲加热热流,为流体微团导热系数,芪值为知=火。,尤说纲尺度为W.RfR0,=zlinRclr,其中,e2urnRDyb,Pr,叫和帅为流体微⑷的运动和动力粘度足义从咖数32方程的边界条件取管子的半进行分析。计算用边界条件为,面处的导热系数,可由式8求得,4计算结果分析4.1计算程序的验证为了验证本文对该问处理方法的正确性,取与文献4相同的计算条件,如=1.571财,管长3141无量纲壁面温度6沿轴向变化的汁算结电与实验结果比较可以看出本文的算结果与实验结果符合的很好,说明本文的处埋法坫切实可行的,4.2计算参数对强化换热的影响1阁25分别反映了相变颗粒半径体枳分数茁诺数及84办数对强化换热效果的影响由冬2可以行出体积分数不变时,颗粒半径越大,相变两相流体单相流体尺=200单相流体处=1.  5不同3数强化换热效果颗粒的相变过程在流动的作用区域越大,换热效果越好。3明当壁面热流相同时,增大相变颗粒的体枳分数可以增强换热,史为有效的控制靖跖温度的升商。雷诺数的变化反映了流速对换热的影响,山4可知随,宙诺数的增加,强化换热更为明。反映了,1数对换热效果的影响,汾。也数越人,强化换热效果越差。  5结论我们的物理模型能考虑流体与颗粒换热产生颗粒相变,混介物与壁面产生强化传热效果这真实物理过程。构造的移动热源法和,限力分法联介求解方法是商效快速的数值方法。数值模拟了相变微胶囊的焙化过程和管内的足流流动过,分析广该类流体的强化换热效果。从汁算结果石,提高相变物质的相变过程持续时间娃提岛换热效汜的有效途径。适提相变颗粒的体枳分数和,体积分数下增尺相变颗粒半径,可以增强换热效火。  白凤武,卢文强。变对流边界条件换热下球体内阁液相变叫移动热源法。中国科学院研究生院学报,2003,20321
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