自增压中温度、相变与自然对流的复杂相互作用——一种分离建模的研究
流体动力学
2025-12-16 v1
摘要
准确预测低温储罐中的自增压现象需要解析热流入、自然对流和相变的耦合效应。本工作引入了一种分离式数值框架，其中液相和气相分别由不可压缩和可压缩求解器处理，液-气界面被建模为受第一性原理推导的能量跳跃条件约束的尖锐边界，不使用任何调节或拟合系数。通过求解固体域中的热传导方程来考虑通过储罐壁面的共轭传热，而非规定外部热流条件。该框架经过实验室规模LN2和大规模LH2实验的验证，在无可调参数的情况下再现了压力和温度的空时演化。在两种设置中，模拟识别出自增压的两个不同阶段：初始加热驱动阶段，在气相中建立自相似温度分布；随后是蒸发驱动阶段，压力上升由饱和关系决定。这些尺度差异巨大的设置之间的比较促使我们基于气相热力学提出了修正的自增压标度律。最后，通过减小重力体力考察了浮力的影响，揭示自然对流改变了瞬态加热阶段的持续时间，但对长期增压速率的影响有限。该分析还阐明了控制液相中热分层发展的机制。总体而言，分离式方法为分析低温储存提供了一个可预测、无参数的工具，并为跨流体、几何形状和热流条件的自增压标度提供了物理基础。
引用
@article{arxiv.2512.13349,
title = {On the complex interplay of temperature, phase change and natural convection in self-pressurization-an investigation using segregated modeling},
author = {David Barreiro-Villaverde and Antonio Cantiani and Miguel A. Mendez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.13349},
year = {2025}
}