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孔隙尺度下Laguerre Voronoi开孔泡沫的对流传热特性
1
作者 戴贵龙 王孝宇 +1 位作者 皇甫江飞 龚凌诸 《化工进展》 北大核心 2025年第8期4394-4407,共14页
为提高人工设计开孔泡沫的对流传热性能,提出了一种新型泡沫多孔Laguerre Voronoi(LV)模型,该模型能够有效还原实际泡沫的周期性和随机性,避免了流动贯穿,同时还可对孔隙堵塞问题进行定量调控,具有良好的对流传热性能。基于参数式一体... 为提高人工设计开孔泡沫的对流传热性能,提出了一种新型泡沫多孔Laguerre Voronoi(LV)模型,该模型能够有效还原实际泡沫的周期性和随机性,避免了流动贯穿,同时还可对孔隙堵塞问题进行定量调控,具有良好的对流传热性能。基于参数式一体化建模方法,重建了一系列具有不同几何参数的LV泡沫,通过孔隙尺度数值模拟分析了入口流速、表观及孔隙结构参数(孔隙率、水力直径、元胞直径、相对肋筋直径)对LV泡沫对流传热性能的影响,结合实验测量验证数值结果可靠性,并与现有研究中提出的Lord-Kelvin(L-K)模型、传统工艺模型及X射线计算机断层成像(X-CT)扫描模型进行对比。在此基础上,基于孔隙参数及表观参数分别拟合了两类对流传热关联式,对关联式的适用性、预测精度及误差分布特性进行了详细分析。结果表明,相比L-K模型,LV泡沫具有更为真实的孔隙结构,对流传热性能更佳;容积传热系数随入口流速增大而单调增大,随相对肋筋直径增大(或孔隙率减小)成抛物线分布,其对称轴与雷诺数相关。本文提出的两类对流换热关联式适用于广泛的几何参数和雷诺数范围,最大相对误差均小于20%,具有良好的预测精度,可用于高效预测开孔泡沫的对流传热性能。 展开更多
关键词 多孔介质 孔隙尺度模拟 对流 传热 关联式
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Laguerre-Voronoi开孔泡沫流动-传热综合性能孔隙尺度模拟
2
作者 王孝宇 戴贵龙 +1 位作者 邓树坤 龚凌诸 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3259-3273,共15页
为提高泡沫多孔介质的流动-传热综合性能,基于Laguerre-Voronoi镶嵌(LVT)算法,建立了具有人工可控孔隙结构的LV开孔泡沫模型。采用经实验验证的孔隙尺度方法,对比分析了边界无封闭骨架(O-LV)和边界有封闭骨架(E-LV)两类LV泡沫的流动、... 为提高泡沫多孔介质的流动-传热综合性能,基于Laguerre-Voronoi镶嵌(LVT)算法,建立了具有人工可控孔隙结构的LV开孔泡沫模型。采用经实验验证的孔隙尺度方法,对比分析了边界无封闭骨架(O-LV)和边界有封闭骨架(E-LV)两类LV泡沫的流动、传热及综合性能,并提炼了压降和传热的关联式。结果表明,当径、轴向元胞数大于等于5层时,数值结果满足元胞独立性要求;相比传统陶瓷及L-K泡沫,LV泡沫具有更好的综合性能;在表观流速为0.1~5.0 m/s时,增设封闭骨架能够有效改善壁面效应,且综合性能最大可提升6.0%~9.3%;两类LV泡沫关联式均具有良好的预测精度(R^(2)≥0.98,MAPE≤27%),其孔隙率和Reynolds数的适用范围分别为0.529<φ<0.967,14<Re_(h)<3835和0.614<φ<0.970,15<Re_(h)<4487。在此基础上推导出了LV泡沫综合性能表达式,由孔隙率和Reynolds数即可预测其综合性能,为高效吸热器及反应器的进一步设计提供了参考。 展开更多
关键词 多孔介质 孔隙尺度模拟 性能优化 流动 传热
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凹腔多孔介质吸热器耦合传热模型性能优化
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作者 戴贵龙 刘益硕 +1 位作者 穆龙坤 龚凌褚 《化工进展》 北大核心 2025年第6期3258-3270,共13页
为解决多孔介质吸热器质量流速与聚集太阳能流密度不匹配、固体峰值温度高及红外辐射损失大的问题,本文提出了一种凹腔多孔介质吸热器模型,建立了凹腔多孔介质吸热器耦合传热模型,并进行了验证。在此基础上,以热效率和固体峰值温度为优... 为解决多孔介质吸热器质量流速与聚集太阳能流密度不匹配、固体峰值温度高及红外辐射损失大的问题,本文提出了一种凹腔多孔介质吸热器模型,建立了凹腔多孔介质吸热器耦合传热模型,并进行了验证。在此基础上,以热效率和固体峰值温度为优化目标,采用正交优化法分析凹腔形状和几何尺寸对优化目标的影响规律。结果表明,渐扩型凹腔吸热器的热效率高于渐缩型和圆柱型,且开口半径对热效率影响最显著,凹腔深度是决定固体峰值温度的关键因素。通过极差和方差综合分析得到凹腔吸热芯的最佳几何尺寸。在质量流率m_(f)=5g/s的标准工况下,与实心多孔介质吸热器相比,最佳凹腔多孔介质吸热器的固体峰值温度较前者降低488K,热效率提升了约21百分点。本文研究结果为多孔介质吸热器综合性能优化和技术创新提供参考依据。 展开更多
关键词 太阳能 吸热器 多孔介质 传热性能 热效率
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