高焓可壓縮流動熱輻射顆粒兩相流理論分析

李婷婷 劉朋欣 袁先旭 周強 李青,?

1.西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院, 西安 710049; 2.空氣動力學(xué)國家重點實驗室, 中國空氣動力研究與發(fā)展中心, 綿陽 621000; ? 通信作者, E-mail: 1201214314@pku.edu.cn

近年來, 航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展使得工業(yè)界對航空設(shè)備的設(shè)計要求越來越高。航空航天設(shè)備中的流動往往是顆粒兩相流[1–5], 傳統(tǒng)的單相可壓縮流動的理論、計算和實驗范式已不能滿足當(dāng)前緊迫的工業(yè)需求。此外, 航空航天中的顆粒兩相流面臨著極端高溫環(huán)境, 顆粒熱輻射效應(yīng)不能忽略[6–9]。

兩相流中的顆粒熱輻射效應(yīng)在航空發(fā)動機燃燒室和燃?xì)廨啓C燃燒室等高溫燃燒設(shè)備的熱動力學(xué)過程中占據(jù)主導(dǎo)地位, 煤燃燒過程中的顆粒熱輻射效應(yīng)會顯著影響顆粒兩相流燃燒的熱物理過程[10–12]。20 世紀(jì) 80年代, Basu 等[13]在考慮顆粒熱輻射的前提下, 對氣固流化床燃燒過程進(jìn)行數(shù)值模擬, 結(jié)果與實驗吻合。近年來, Zamansky 等[14–15]對新型太陽能發(fā)電項目中的顆粒輻射效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。新型太陽能發(fā)電的基本原理基于氣固流化床顆粒熱動力學(xué)和傳熱學(xué)原理: 流動工質(zhì)近似于白體, 近似于黑體的顆粒吸收高溫?zé)嵩?太陽)熱輻射, 彌散相顆粒與流體通過對流作用發(fā)生相間換熱, 熱流體驅(qū)動熱機做功發(fā)電; 根據(jù)熱力學(xué)第一和第二定律, 做功發(fā)電后的流體工質(zhì)釋放熱量, 再次被泵運輸?shù)捷椛鋵α鲹Q熱區(qū)域, 通過熱輻射對流作用, 再次吸收太陽輻射熱量, 周而復(fù)始的過程見圖1。

圖1 太陽能發(fā)電熱輻射顆粒……