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Elucidation of ice slurry flow with heat transfer by microscopic approach including solid-liquid phase change

通过固-液相变等微观方法阐明传热冰浆流动

基本信息

批准号：
21K03873
负责人：
吉野正人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03873/
关键词：
格子ボルツマン法氷スラリー固液二相流融解・凝固相変化

项目摘要

固液相変化モデル（融解・凝固モデル）の構築とそれを伴う熱流動解析手法の開発を行った．本研究では，応力テンソルの不連続に基づく埋め込み境界－格子ボルツマン法に，温度の計算と融解・凝固による境界の移動計算を導入し，融解・凝固を伴う熱流動問題を解析するための手法の開発を行った．まず，実装した融解・凝固モデルの妥当性検証として，一次元半無限領域，二次元正方形領域，二次元円管領域，および三次元半無限領域における問題の計算を行った．その結果，固相が自由運動しない場合では既存の結果と良く一致することがわかった．一方，固相が自由運動する場合では，固相にはたらく流体力の差に起因する結果の相違が見られた．ただし，比較した参照データは，内部質量の影響を計算していないため，流体力を正しく評価できていないことが考えられることに注意が必要である．次に，構築した融解・凝固を伴う熱流動計算法を氷スラリー（微細な氷と液体の固液二相混合物）の熱流動問題に適用した．二次元正方領域内に氷粒子（一定の低温条件）を一個配置し，壁面となる境界には一定の高温条件，流れ方向の入口・出口間には圧力差を伴う周期境界条件を用いることで，発熱する二次元流路内を氷スラリーが流動する様子を再現し，計算を実行した．その結果，流路幅および空塔速度で無次元化した時刻が450の時，氷粒子の質量は初期に比べて約45%減少した．また，融解による固相の変形がない場合と比較して，氷粒子の重心は流路中心に向かうことがわかった．さらに，壁面上の空間平均ヌッセルト数は若干低下する結果となった．これは，氷粒子の表面積が減少したことや，熱源である壁面から遠ざかったことが原因と考えられる．

Solid-liquid phase change of melting material (melted and solidified material) and the construction of solid-liquid phase change using thermal flow analysis techniques. In this study, the calculation of temperature and melting and condensation of 濜力テンソルの不连続に记づくbury め込み realm-lattice ボルツマン method The movement calculation of the solid state is introduced, the melting and solidification is accompanied by the heat flow problem, the analysis method is opened and the line is opened.まず, 実装したmelting and solidifying モデルの validity certificate として, one-dimensional semi-infinite field, two-dimensional square field, two-dimensional tube field, およびthree-dimensional semi-infinite field におけるproblem calculation を行った． The result of the solid phase is the free movement of the solid phase. The situation is the same as the existing result. The result is good and consistent. On the one hand, the solid phase is free to move and the situation is the same, and the solid phase is free to move and the fluid force is the same, and the cause and effect of the fluid force are inconsistent and inconsistent.ただし, compare したreference データは, calculate the influence of internal quality していないため, flow Physical strength is a good thing. It is necessary to pay attention to the physical strength. This time, we constructed a melting and solidification method with a thermal flow calculation method and applied it to the thermal flow problem of a fine ice liquid solid-liquid two-phase mixture. There is a configuration of ice particles in the two-dimensional square field (a certain low-temperature condition), a certain high-temperature condition on the wall surface, and a certain flow direction between the entrance and exit. The pressure difference is accompanied by periodic boundary conditions, and the heat is used to reproduce the flow of ice in the two-dimensional flow path, and the calculation is performed. As a result, when the flow path width and air velocity were reduced to 450, the initial mass of ice particles was reduced by approximately 45% compared to the initial stage.また, melting による solid phase の変shaped がない occasion と comparison して, ice particle のgravity は flow path center にかうことがわかった．さらに, the average number of spaces on the wall is somewhat low, and the result is となった．これは, the surface area of ice particles is reduced したことや, the heat source is であるThe wall surface is far away ざかったことがThe reason is とられる．