Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Метод расчета теплопереноса излучением в засыпках сферических частиц


https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-6-680-688

Полный текст:


Аннотация

Предложена новая методика, позволяющая проводить расчет теплопереноса излучением между частицами, а также между частицами и границей, в подходе метода дискретных элементов (discrete elements method, DEM). В ее основе лежит идея о том, что математическое ожидание угловых коэффициентов между частицами можно выразить как функцию набора значимых локальных параметров засыпки, таких как расстояние между частицами, отношение их радиусов и локальное значение пористости слоя частиц. Расчет значения углового коэффициента по формуле требует существенно меньше вычислительных ресурсов, чем прямое их вычисление двойным интегрированием, при этом обеспечивается реалистичное среднее значение величины и сопоставимая с методами прямого вычисления общая точность расчета. Рассмотрены монодисперсные и полидисперсные засыпки сферических непрозрачных частиц. Показано, что использование безразмерных параметров позволяет сформулировать зависимости для угловых коэффициентов в общем виде. В частности, для углового коэффициента между частицами засыпки была предложена экспоненциальная и линейная аппроксимации. Также в работе получено обобщение зависимостей для различных значений пористости слоя. Было найдено распределение суммарной передаваемой мощности излучения в зависимости от дальности до учитываемых частиц-соседей, даны рекомендации по выбору этого параметра в зависимости от требуемой точности расчета. Помимо этого, на основании эмпирических наблюдений эффективной теплопроводности засыпок предложен способ учета влияния коэффициента черноты материала частиц на величину теплообмена излучением между частицами. Предложенный метод обладает всем необходимым для того, чтобы стать стандартной реализацией механизма переноса тепла излучением в методе дискретных элементов.


Об авторе

А. И. Малиновский
Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси
Беларусь

Малиновский Андрей Игоревич – мл. науч. сотрудник.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск



Список литературы

1. Discrete particle simulation of particle–fluid flow: model formulations and their applicability / Z. Y. Zhou [et al.] // J. Fluid Mech. – 2010. – Vol. 661. – P. 482–510. https://doi.org/10.1017/s002211201000306x

2. Models, algorithms and validation for opensource DEM and CFD-DEM / C. Kloss [et al.] // Prog. Comput. Fluid Dyn. An Int. J. – 2012. – Vol. 12, N 2/3. – P. 140. https://doi.org/10.1504/pcfd.2012.047457

3. Zhou, Z. Y. Particle scale study of heat transfer in packed and bubbling fluidized beds / Z. Y. Zhou, A. B. Yu, P. Zulli // AIChE J. – 2009. – Vol. 55, N 4. – P. 868–884. https://doi.org/10.1002/aic.11823

4. Peters, B. Simulation of thermal conversion of solid fuel by the discrete particle method / B. Peters, A. Džiugys, R. Navakas // Lith. J. Phys. – 2011. – Vol. 51, N 2. – P. 91–105. https://doi.org/10.3952/lithjphys.51204

5. Cheng, G. J. Particle Scale Evaluation of the Effective Thermal Conductivity from the Structure of a Packed Bed: Radiation Heat Transfer / G. J. Cheng, A. B. Yu // Ind. Eng. Chem. Res. – 2013. – Vol. 52, N 34. – P. 12202–12211. https://doi.org/10.1021/ie3033137

6. Fully parallel, OpenGL-based computation of obstructed area-to-area view factors / S. C. Kramer [et al.] // J. Build. Perform. Simul. – 2015. – Vol. 8, N 4. – P. 266–281. https://doi.org/10.1080/19401493.2014.917700

7. Forgber, T. A novel approach to calculate radiative thermal exchange in coupled particle simulations / T. Forgber, S. Radl // Powder Technol. – 2018. – Vol. 323. – P. 24–44. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.09.014

8. Kang, H. H. A data driven artificial neural network model for predicting radiative properties of metallic packed beds / H. H. Kang, M. Kaya, S. Hajimirza // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. – 2019. – Vol. 226. – P. 66–72. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.01.013

9. Pitso, M. L. Characterisation of long range radiation heat transfer in packed pebble beds / M. L. Pitso. – Pretoria, 2011. – 108 p.

10. Wang, X. A prediction model for the effective thermal conductivity of mono-sized pebble beds / X. Wang, J. Zheng, H. Chen // Fusion Eng. Des. – 2016. – Vol. 103. – P. 136–151. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.12.051

11. Howell, J. R. Thermal Radiation Heat Transfer / J. R. Howell, M. P. Menguc, R. Siegel. – 6th ed. – CRC Press, 2015. – 1016 p. https://doi.org/10.1201/b18835

12. Feng, Y. T. An accurate evaluation of geometric view factors for modelling radiative heat transfer in randomly packed beds of equally sized spheres / Y. T. Feng, K. Han // Int. J. Heat Mass Transf. – 2012. – Vol. 55, N 23–24. – P. 6374–6383. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.06.025


Дополнительные файлы

Просмотров: 11

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1561-8323 (Print)
ISSN 2524-2431 (Online)