碱金属液体在填充内接正多边形多孔介质管内的流动与传热特性

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本文基于局部热力学平衡法,对传热工质为碱金属液体在管内内接正多边形连续填充多孔介质及管内内接正方形分段填充多孔介质时的流动传热特性进行了数值模拟。圆管壁面采用恒热流边界条件,流体流动分为层流和紊流两种流动方式,达西数范围为10-6≤Da≤10。  本研究主要内容包括:①当管内采用内接正多边形连续填充模型时,对管内所有流动方式(层流和紊流)而言,当达西数Da≤10-4时,努塞尔数Nu随正多边形边长数的增大而增大;当达西数Da>10-4时存在一个最佳正多边形填充方式(即管内内接正方形连续填充方式)使流体努塞尔数Nu最大。同时,对两种流动状态均存在一个临界达西数使综合性能指标PEC随达西数先减小后增大,但对管内层流流动而言,综合性能指标最大时的填充方式为管内内接正方形连续填充,对管内紊流流动却是管内内接正三角形连续填充方式。②当管内采用内接正方形分段填充模型时,管内流动不管是层流还是紊流,努塞尔数Nu、阻力系数f均随单位长度的减小而增大,随填充比例的增大而增大。管内层流流动时的综合性能指标PEC同样随单位长度的减小而增大,随填充比例的增大而增大;但管内紊流流动时的综合性能指标PEC却基本相同。此外,管内层流流动时存在一个分段填充方式使流体的努塞尔数Nu、综合性能指标PEC均大于连续填充方式;但管内紊流流动时却不存在这样的现象。③综合分析,对管内层流流动,不管是采用内接正多边形连续填充模型还是内接正方形分段填充模型均能有效的增强流体的流动传热特性;但对管内紊流流动,采用内接正方形连续填充方式或者内接正方形分段填充方式均不能有效增强流体的综合性能。
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