Next step towards high-fidelity numerical simulations of turbulent heat transfer toliquid metals: forced and mixed convection with non-uniform wall heat flux, conjugate heat transfer and temperature dependent thermophysical properties

液态金属湍流传热高保真数值模拟的下一步:具有非均匀壁热通量的强制对流和混合对流、共轭传热和温度相关的热物理特性

基本信息

项目摘要

Liquid Metals (LMs) are promising candidates for Heat Transfer Fluids (HTFs) in applications where high heat flux densities and medium to high temperatures are present. The underlying physical heat transfer mechanism is strongly influenced by the high thermal conductivity of LMs and is substantially different from HTFs like air and water.Even though the application of LMs as HTFs show the potential of increasing the efficiency there is a lack of high-fidelity data on the turbulent heat transfer of LMs. In order to improve the understanding of the involved physical processes, an extended, thorough numerical analysis is proposed herein.Based on previous work on non-uniform thermal boundary conditions for forced convection, the next steps are to add the effects of buoyancy forces (mixed convection) as well as heat conduction within the solid part of the heat exchanger (conjugate heat transfer) and the temperature dependency of thermo-physical properties.The high-fidelity numerical simulations will be performed by the massively-parallelized, high-order, open source code Nek5000, which has been extensively tested, validated and shown to yield accurate results in the previous work.LM at two different Prandtl numbers, encompassing e.g. lead-bismuth eutectic (LBE) and sodium (Na), are to be studied over a range of range of parameters covering different regimes in opposed and aided mixed convection as well as different hydrodynamic operating conditions. The results of this study provide information to which extend the investigated phenomena influence heat transfer in LM. They provide essential reference data valuable for testing and tuning as well as improving models for turbulent heat transfer in LMs.
液体金属(LMS)是在存在高热通量密度和中等温度的高温和高温中的应用中,是传热液(HTFS)的有前途的候选者。潜在的物理传热机制受LMS的高热电导率的强烈影响,并且与空气和水等HTF大不相同。尽管LMS的应用随着HTFS的应用显示出提高效率的潜力,但缺乏在LMS湍流热传输上缺乏高效率数据。为了提高对所涉及的物理过程的理解,本文提出了扩展,彻底的数值分析。基于对强制对流的非均匀热边界条件的工作,下一步是添加浮力(混合对流)的影响(混合对流),以及在热交换器的固体范围内和热传播的固体范围内的效率和温度依赖性的属性属性。由大规模平行的高阶,开源代码NEK5000进行的,该代码已经过广泛的测试,验证和证明,以在先前的工作中产生准确的结果。lm在两个不同的prandtl数字上,包括,例如。应在一系列参数范围内研究铅孔 - 据信(LBE)和钠(NA),涵盖相反和辅助混合对流以及不同的流体动力工作条件的各种参数。这项研究的结果提供了扩展研究现象影响LM中传热的信息。 它们为测试和调整提供了重要的参考数据,并改善了LMS中湍流传热模型。

项目成果

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