微细金属丝表面熔融盐自然对流传热实验与数值模拟研究.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号: 123537
微细金属丝表面熔融盐自然对流传热实验与数值模拟研究
鹿院卫李小丽李强张广耀吴玉庭马重芳
(北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室,北京,100124)
(Tel:[phone] E-mail:******@bjut.)
摘要为了得到熔融盐自然对流传热规律,本文在数值计算的基础上,采用焦耳加热方法首先对水平微细金属丝在空气和水中的自然对流传热规律进行了实验研究,在验证了实验方法、实验系统及实验设备选择的可靠性后,对熔融盐LiNO3的自然对流传热规律进行了实验研究。结果表明,无论是数值计算还是实验结果,都与考虑粘性影响的Fand关联式符合较好。
关键词焦耳加热;自然对流;数值分析;熔融盐
0 前言
在化石资源紧缺环境恶化的今天,太阳能高温热发电成为人们的研究热点。传热蓄热系统是太阳能热发电中的重要环节,目前在太阳能热发电的商业应用中主要采用混合
熔融盐作为传热蓄热介质。熔融盐的自然对流传热规律对太阳能热发电系统中蓄热器及熔盐罐中加热系统的设计都有着十分重要的意义,但是,到目前还没有见到对熔融盐自然对流实验研究的公开报道。西安交通大学的钱立波[1]只是对熔盐反应堆中方腔内熔盐的流动特性进行了二维自然对流数值分析,指出随着Ra数的增大自然对流加强,但并未给出熔融盐自然对流传热关联式本文在数值模拟计算的基础上对熔融盐的自然对流传热规律进行了实验研究。
对于熔融盐的自然对流规律虽未见报道,但有关空气、水等其他介质的自然对流传热规律可以成为研究熔融盐自然对流传热规律的依据。目前,an[2]关联式,他在总结前人大量实验数据的基础上,得出水平圆柱表面自然对流传热规律满足:Nu=CRam, C和m取决于Ra的大小。几十年来,不同的研究者针对不同的传热介质(气体和液体)对不同材质(铜、铂、钛)的圆柱(管)表面自然对流传热规律进行研究,根据自己的实验数据拟合出不同的关联式。如T. Tsubouchi[3]对铂丝在硅油中进行水平自然对流实验,拟合出Nu与Ra的关联式:
() (1)
并得出结论,在Ra数接近于零(<10-7)时,。
Fand[4]对空气、水和三种不同浓度的硅油进行实验,分析实验数据发现粘性耗散对自然对流传热的影响作用不可忽略。在文献
[5]中总结前人大量实验数据并考虑粘性耗散
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目()
的影响,提出了Fand关联式:
(2)
Fand关联式因考虑了粘性的影响,在Ra较小的情况下可以给出较好的预测结果。分析以上各关联式就会发现,不同研究者取得的实验数据不同得到的关联式具有较大的分散度,因此推出的各关联式有着很大的差异。本文在数值模拟及实验的基础上对空气、水和熔融盐的自然对流传热规律进行研究,并与经典的关联式进行对比,确定出能够反映熔融盐自然对流传热规律的关联式。
1水平微细圆柱表面水与LiNO3的自然对流传热数值模拟
,建立数值模拟的二维模型,模型长×高为300×240mm,网格划分参照Shihe xin[6]在文献中提到的方法,以不同的半径倍数10R、30R、100R为半径画圆,围绕中