潛熱型熱功能流體強化換熱分析

第24蒼第3期工程熱物理學(xué)報Vol 24 No.3003年5月JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICSMay,2003潛熱型熱功能流體強化換熱分析白鳳武盧文強(中國科學(xué)院研究生院物理系,北京100039)摘要本文建立了分析帶有相變微膠囊的潛熱型熱功能流體的流動(dòng)和換熱過(guò)程數理模型,應用有限差分法和移動(dòng)熱源進(jìn)行聯(lián)合求解,計算結果表明,相變微膠囊的加入,較好地提高了流體的換熱性能.獲得了相變顆粒大小和體積分數對強化換熱態(tài)響等結果。計算結果對該類(lèi)流體的設計和應用提供了理論依據關(guān)鑣詞潛熱型熱功能流體;有限差分法;移功熱源法中圖分類(lèi)號:TK121文獻標識碼A文章編號:0253-231X(2003)03-0445-03ENHANCED HEAT TRANSFER ANALYSIS OF LATENTFUNCTIONALLY THERMAL FLUIDBAI Feng-Wu LU Wen-Qiang(Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)Abstract A physical model has been developed to analyze the enhanced heat transfer process ofthe latent functionally thermal fluid with microencapsulated phase change material. The problem issolved by the combination of the finite difference method and the moving heat source method. thealculated results reveal that putting the phase change microcapsules into the fuids better improthe heat transfer capabilities of the mixture By the calculations, the effects of capsule radius andconcentration of particles are obtained. The numerical results provide the theoretic basis for theapplication and design of the latent functionally thermal AuidKey words lateat functionally thermal fuid; finite difference method; moving heat source method前言是不可壓縮層流牛頓流體。微膠囊顆粒是堅硬的球潛熱型熱功能流體是由不同方法特制的相變材體,其兩相熱物性相同且不隨溫度變化只考慮流料微胺囊和單相傳熱流體構成的一種固液多相流動(dòng)充分發(fā)展段,忽略流體的粘性耗散和軸向導熱,體,是一種集儲熱與強化傳熱功能于一身的新型儲口溫度均勻,且低于融化點(diǎn)溫度傳熱介質(zhì)。已應用于航天器熱控制、電子設備冷卻21工作流體換熱過(guò)程和流化床等領(lǐng)域。根據上述假設,在柱坐標系下,圓管內工作流實(shí)際的換熱過(guò)程是混合物與壁面間的換熱,而體的充分發(fā)展段能量方程為顆粒的相變過(guò)程受到流體與顆粒間的熱交換控制(1-902=Rb(4+nam)+S(1)本文針對已有模型沒(méi)有反映這些物理過(guò)程的缺點(diǎn)其中表示溫度,P為密度,cp為定壓比熱,k為建立了新的物理模型,采用新的混合物比熱計算公式應用有限差分法和移動(dòng)熱源法的聯(lián)合求解方法,導熱系數,c為微膠囊的體積分數,R和2分別為數值模擬了定壁面熱流加熱的管道內層流流動(dòng)的換坐標系下的徑向和軸向坐標變量,源項S表示相熱過(guò)程,分析了其強化換熱效果的主要影響參數變微膠囊與流體之間的換熱,u為流體速度,下標2換熱過(guò)程的數理模型∫表示工作流體.充分發(fā)展段速度分布:u=2um(1-(R/RD)21基本假設:最大微膠囊體積分數為0.20,忽略顆粒對流體流動(dòng)的影響和顆粒間的相互作用,流體其中um為平均速度,RD為管子半徑收稿日期:2002-1228;修訂日期:20030318基金項目國家自然科學(xué)基金資助項目(No50176048;No5007602);國家作者簡(jiǎn)介白風(fēng)武(1975-),男,吉林九臺人,博土生,主要從事兩相流iTYH中國煤化工CNMHG446熱物理學(xué)報單位體積的微膠囊與流體之間的換熱量S為:r為顆粒的相界面半徑將式(8~10)代入式(7)得S=hpc(Tpu-Ts)/pu其中Tm為相變顆粒的壁面溫度,h為顆粒與周?chē)黧w的對流換熱系數,rp為顆粒的半徑22相變微膠囊的相變過(guò)程kR2+1+(m+1):Bc,/PaE(1)忽略相變過(guò)程液體的流動(dòng),顆粒在與流體換熱作用下的相變過(guò)程可用移動(dòng)熱源法描述:由方程(11)可以看出,混合物的能量方程受相a(rTp) g(r)變物質(zhì)的體積分數和相變速率的影響at 0O8TE=0r=0,t>03方程的無(wú)量綱化及邊界條件(4)31方程的無(wú)量綱化kp ar=hp(Tp-Iy) r=Tpwot t>0對于本文研究的定壁面熱流加熱情況下,定義(n=F(,v)0≤r≤rm,t=0如下的無(wú)量綱參數:無(wú)量綱溫度0表示入口溫度,q為壁面加熱熱流,k為流體其中t表示時(shí)間,下標p代表相變物質(zhì),r為球坐標系下的徑向坐標變量,s為球坐標系下相界面所微團導熱系數,其值為:kb=A。,無(wú)量綱尺度在位置的徑向坐標,源項函數g(r)的表達式為為:R=R/RD,z*=z/(RD·Re:Pr),其中:Re=2nBD/,Pr=",v和g(r)=0.0,0