导热与辐射传热机制揭示颗粒流中努塞尔数对固相体积分数的依赖关系
流体动力学
2024-03-22 v1
摘要
含固体颗粒的颗粒流在能源与催化应用中发挥着重要作用。为预测热性能，本研究开发了一个与导热和辐射传热完全耦合的综合离散颗粒跟踪流动模型。借助 LIGGGHTS，我们的模型独特地整合了颗粒尺寸近 10 倍以内的灰体辐射表面的颗粒-颗粒与颗粒-壁面热辐射。模型包括：(a) 具有近乎恒定流向速度的颗粒柱塞流，以及 (b) 重力驱动的致密颗粒移动床，以确定具有等温通道壁面的壁面到颗粒的传热系数。柱塞流模型用于探究依赖于流型的固相体积分数（0.02 -- 0.48）、颗粒尺寸（0.4 -- 1 mm）、操作壁温（700 -- 1300 K）以及热物理颗粒特性（包括发射率 0.1 -- 1 和热导率 0.16, 33 W/m/K）的相互依赖效应。总体传热系数和导热传热系数随固相体积分数增加而增加，而辐射贡献则降低。在固定固相体积分数下，传热系数对颗粒发射率表现出线性依赖，对壁温表现出立方依赖，这由增强的热辐射所驱动。在固定质量流率下，辐射传热系数对颗粒尺寸的依赖关系随固相体积分数而变化。为推广结果的适用性，将传热系数转化为无量纲努塞尔数，并建立其对固相体积分数的依赖关系。结果表明，在致密流区，总体努塞尔数对固相体积分数的微小变化具有高敏感性，特别是对于高热导率的氧化铝颗粒。相比之下，辐射努塞尔数在较大固相体积分数下趋于渐近。
引用
@article{arxiv.2403.13974,
title = {Conductive and Radiative Heat Transfer Mechanisms Inform Nusselt Number Dependence on Solid Volume Fraction for Granular Flows},
author = {Bingjia Li and Zijie Chen and Rohini Bala Chandran},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.13974},
year = {2024}
}