两方程模型在多孔介质的热传导

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ke/nd,γ,y≡
_
γy
[_x(Te/nd,a−Te/nd,b)γy/Ry] +(1/2)(_x16(Te/nd,6−Te/nd,3)/R16)
(Te/nd,top−Te/nd,bottom)/δy
,
在γ=或F,和E/ Nd是指在表
方程(6),或钕方程的表示(7)。在方程(9),TE/ND,一
和TE/ND,B是在网格点的上方和下方的一个垂直方向的温度
3×50UC矩阵通过选择边界温度沿外边界
对UC矩阵和数值求解稳态能量方程
热传导,其中,在内部热源的情况下,给出了
作为
∇·(K∇t)= 0。(10)
选择产生微观层面温度的热边界条件
分布在图1中只有y方向的净热通量。二维
微观层面的温度分布,然后转化成
一个一维的体积平均温度分布在Y方向,通过
平均在每两个阶段定义的区域。体积平均
在第一部分,表2给出了导致TNN,TE和TND的温度分布
得到的溶液的热电阻网络使用这些边界
条件。
参考热阻网络如图3所示的相间,
传热系数的定义(3)可以写为
hsf=
_
int
_
Tnn,f−Tnn,s
_
int/Rint
Aint
_
Tnn,f−Tnn,s
_,
在下标的内阻是指电阻元件之间的接口
两个阶段。
−TNNTNN,F,S
系数,固相和液相有效热传导率
张量,并且所述固相和液相耦合的热传导
张量。界面的传热系数被定义为
HSF≡-

?TNN?γ
γ
0-?TNNφ
φ

1
ASF

ASF
kγ∇Tnn,γ·nγφdA的
,(3)
其中,γ= s和φ= F,以及反之亦然,TNN是无方向性的非平衡
温度分布,在第一部分中定义的有效,
耦合的热导率张量KSF和KFS,被分别定义为
knd,s,y=14.67W/m◦C, knd,f,y=73.28W/m◦C.
从热导张量的定义(4)和(5),这表明:
kss,y=14.46W/m◦C, ksf,y=−1.05W/m◦C,
kff,y=67.97W/m◦C, kfs,y=−1.064W/m◦C.
2.3。volume-averaged温度分布
int之间的温度差在网格点
Table II.Tnn,TeandTndtemperature distributions
NodeTnn(◦C)Te(◦C)Tnd(◦C)
1 198.91 125.08 125.37
2 198.79 175.23 174.79
3 187.96 199.89 192.70
4 100.22 174.92 145.06
沿着底部边界200◦C温度(Te,TE,10,11,TE,12)。TND温度
分布通过指定一个任意选定在UC的建立
线性温度分布的增加从左到右沿顶边
(T7,T15,T16)和一个线性的温度分布,从左到右的减少
沿着底部边界(T10,T11,T12)。温度分布
底部和顶部边界的选取满足方程(18)和(22),
连续的物质。
该模型是在该interphasial传热系数定义独特
(3)和热导率张量分量(6)和(7),表明
传输参数可从特性的分析来确定
ke,γ,m≡

_∂Te/∂m_
γ
∂_Te_
γ/∂m
,(6)
and
knd,γ,m≡

_∂Tnd/∂m_
γ
∂_Tnd_
γ/∂m
.
在这里,TE和TND是平衡和方向的非平衡温度
这是由类似规模的几何相似的单位责令空间分布的媒介。
对于这种情况的研究中,模型预测本地体积平均温度分布的
固体和流体相进行比较,以在微观水平的数值解,示出
优秀的协议。
关键词:传热,数学建模,能量方程,音量平均,非热平衡,
有效的热导率,加上导热性。
1.简介
当地平均量在本文的第一部分(福里和杜立石,2003年),该方法
电阻元件RY(即R2,R9),分别为。通过电阻的热流量
元R16由一个独立的术语描述,因为它是由固相和共享
流体相。TE/ND,顶沿UC边界上的平均温度,
TE/ND,底部沿UC边界和δY底部平均温
是UC的高度。
将温度值从表二方程(9)的收益率:
ke,s,y=13.41W/m◦C, ke,f,y=66.91W/m◦C,
(5),和热导率张量分量(6)和(7)表明一个
TE和TND的温度分布,分别在一个牧师的,,
有效导热系数的耦合可以量化分析
在转速在相的微观层面的温度分布。
以其作为一个牧师的单细胞表示,UC中使用
本案例研究中,TNN,TE和TND温度分布,建立了
确定传输参数。这些温度分布,建立了
在UC通过指定适当的热边界条件
是对角张量,单方向性指数为足以在其组分)。在
的热导率张量的定义(4)和(5),科和KND是组件
的平衡和非平衡热导张量,分别
和被定义为
科,γ,男≡

?∂Te/
这里Te和TND是平衡和方向非平衡温度
分布,分别在第一部分中定义的温度分布
被称为微观水平温度分布的,因为它们被描述
通过能量方程的保护,得到了微积分的ຫໍສະໝຸດ Baidu
安排的产量在3×50 UC矩阵156×300网格。方程(10)是
离散的网格点,采用Patankar有限体积算法(1980),
产生一组46800线,联立方程。
两方程模型在多孔介质的热传导
J. G.福里1,*和J. P.普莱西2
1不列颠哥伦比亚省,科技,3700威灵顿大道,本拿比,BC,加拿大研究所
V5G3H2
斯泰伦博斯,私人袋X1,Matieland7602大学教研室应用数学,
南非
摘要。两方程模型在多孔介质的热传导的配方,研制
在过去的研究中,被施加到稳定状态的一维热传导的情况下,在多孔
单元体(REV)(见第一部分)。在本文的第二部分,这样的做法是
进行了一个案例研究,还包括模型预测之间的比较
体积平均温度,数值解
在微观层面。
2。案例研究
2.1。多孔结构和传输特性
这两个方程模型应用在二维显示
多孔介质的几何,如图1所示。每相由
对类似大小的几何相似的单元阵列、有序的空间
分布。最基本的单几何定义
方法(1976)国王。phasial体积平均温度下得到的
转化为内在的体积平均温度的平均使用量
温度的定义(4)和(5),和方程(7),在第一部分,如图4所示
本征量平均温度分布图形。
2.4。评价
体积平均温度分布的数值解
对方程(1)和(2)相比,一维
体积平均温度分布在以下方式获得:一个
微观层面建立了二维温度分布在
12 100.22 200.00 140.11
13 100.00 174.92 145.06
14 100.00 124.77 154.97
15 100.24 100.00 159.87
16 102.43 100.00 158.56
在下标的内阻是指电阻元件之间的接口
两个阶段。
−TNNTNN,F,S
int之间的温度差在网格点
40W / M◦C,分别。为了实现一个合适的温度分布
比较如下,包括热电阻薄层材料
这两个阶段之间的导热系数0.000015w/M◦C.
UC的尺寸如图2所示。
2.2。的two-equation模型参数
的相间传热系数是由相间热确定HSF
传递系数的定义(3)为每个接口的净热传递率
在转速之间的内在差异的两个阶段之间的区域
该阶段的phasialvolumeaveraged乘以比例的热导率
温度梯度∂T/∂Y
γ的转速,对梯度在phasia
体积平均温度∂T
γ/∂Y的转速,在γ=或F.这
比是固定的一个固定的几何形状和热导率的两相体系。
这些定义与平衡温度分布的TE和
定向非平衡温度的分布及(定义的第一部分),
分别在转。的热导张量的定义(4)和
稳态分析也限制了数值误差引入的那些
空间数值格式(避免数值误差的时间了
数值方案)。
由50UC在y方向的系统被认为是一维
控制方程的数值解(1)和(2)。UC
矩阵区域分为数量有限体积相对于
Y方向。有限体积的边界选择相应的轴
在UC的界限,在图1中的虚线所示。网格点
被放置在一维有限体积中心。
为固相,内在的体积平均温度在顶部边界
体积平均每相温度。这个定义适用于无方向性
非平衡温度分布TNN(定义一)在
Rev。这比固定为一个固定的几何形状和热的两相体系
电导率。的相间传热系数的定义(3)表明
一旦TNN的温度分布在一个牧师建立的相间,
传热系数HSF可以量化的微观分析
水平温度梯度在两个阶段之间的接口和
在相的微观层面的温度。
它被认为是在图1x一零的净热通量。
温度分布并没有在X方向的变化,从微观层面
温度分布,方向一零净热通量。
2.5。微观层面的温度分布
对方程的数值解(10),在3×UC 50阵列的两个阶段
随机分为数量有限体积。图5显示了一个单一的UC分
为几部分。每一部分都有一个特定的有限体积的安排,
用有限体积同等尺寸的该部分,根据
表三、网格点位于中心有限体积。这
UC的边缘。温度分布在16个离散的建立
在UC的点,如图3所示,17热电阻元件,指定
R1–R17,用来计算节点之间的热传递。1–节点3处
在固相,而节点4–6位于流体相。一系列组合
的方法被用来确定每个元件的热电阻值。
这些值在表一给出了
图3。在UC电阻网络。节点1–3分布在固相,而
节点4–6位于流体相。
表1热电阻元件
分布,分别为,第一部分的温度分布的定义
指的是在他们所描述的微观层面的温度分布
通过能量守恒方程,通过微分
一个连续的物质。
该模型是独特的,相间传热系数的定义
(3)和热导率张量分量(6)和(7),表明
交通参数可以从特性的分析确定
two-equation模型的热传导–第二部分
微观层面的温度分布在每一个阶段的代表
完整的微观结构的几何形状通常被称为文学作为一个
单元电池(UC)。图1中的虚线代表之间的界限
UC的两阶段每隔一行的几何周期
和每一个交替的垂直柱UC的两阶段合并
参考图1中的Y方向。两阶段均设置在系列
在并行参考Y方向。这样的安排,分析
可以扩展到所有方向和任意多孔介质。热
的固体和流体相的电导率是任意选定为200和
5 100.24 124.77 154.97
6 102.43 100.08 158.55
7 198.91 100.00 100.66
8 200.00 125.08 125.37
9 200.00 175.23 174.79
10 198.79 200.00 199.27
11 187.96 200.00 192.77
在一个或两个阶段的多孔的热源或热沉下
介质,非热平衡状态下的瞬态多见
条件。在能量方程中的瞬态项的转化
通过分析体积平均过程宏观层面(第一部分,方程
(1)至(3))不构成任何分析困难。因此,评价
两方程模型的体积平均温度之间的比较
通过对两方程模型预测的数值解,并得到
在微观层面,从数值解,建立了一个稳态
只有。在深入分析误差估计没有这种比较,
在宏观层面,在两相几何传导是那么彻底
利用一维形式描述(y方向)的两方程模型。
在这种情况下,只有平衡的Y方向分量的系数
和非平衡热导张量需要确定。
根据热导张量组件(6)和(7),在
Y方向(在这两个阶段是合并),各成分的系数
的平衡热导张量,柯,S,Y和柯,F,Y,和的
非平衡热导张量,KND,S,Y和美好,F,Y,定义为
kγγ≡


KND,γ,MKE,γ,M +(εφ/εγ)KND,φ,mknd,γ,男
KND,γ,M +(εφ/εγ)KND,φ,男
青霉,(4)

kγφ≡


KND,φ,男

科,γ,米- KND,γ,男

KND,γ,M +(εφ/εγ)KND,φ,男
他们,(5)
其中m是为原则方向在多维总和索引
域和EM代表在原则方向基本单位向量。(由于这些
电阻热电阻
元(◦C/W)
r1,30.003125
TNN的温度分布在UC的建立通过指定
任意选择沿左侧边界200◦C恒温
(TNN,TNN,8,9)和一个任意选定的恒定温度100◦C
右边的边界(TNN,TNN,13,14)。的温度分布
通过指定一个任意选定的恒定的温度在UC的建立
100◦C的顶部边界(TE,7,TE,15,TE,16)和一个任意选定的常数
被选定为112.9494◦C,和底部边界为56.9323◦C.
流体相的内禀体积平均温度在顶部边界
41.1132◦C和底部边界是20.9454◦C.这些值的起源
在下一节讨论的评价。
方程(1)和(2)采用傅立叶(2000),基于
在Patankar有限体积方法(1980)。50线性集
从discritisation过程得到的方程是使用直接的解决
被用来开发两个方程执政微分方程模型
描述的热养护在宏观水平的多孔各相
介质中的扩散是热传递的主要手段,并在其中
的相位不与彼此热平衡。该模型构成
由方程为固相,给定为
单独的控制方程每相允许应用程序案件中,
的相位不与彼此热平衡。
在方程(1)和(2),HSF,KSS和KFF,以及KSF和KFS是
被分别称为界面传热传输参数
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