Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ PHẠM DUY BÍNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤT ĐA THÀNH PHẦN CÓ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ PHẠM DUY BÍNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤT ĐA THÀNH PHẦN CÓ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Chuyên ngành: Cơ học chất lỏng chất khí Mã số: 9.44.01.08 Xác nhận Học viện Thầy/cô hướng dẫn Thầy/cô hướng dẫn PGS TS Vũ Văn Trường PGS TS Nguyễn Thị Khoa học Công nghệ Việt Liên Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi, Phạm Duy Bính, xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu tính tốn động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha” cơng trình nghiên cứu tơi, hướng dẫn PGS TS Vũ Văn Trường PGS TS Nguyễn Thị Việt Liên Các kết nghiên cứu nội dung nghiên cứu đề tài hoàn toàn trung thực Các kết số liệu nghiên cứu đề tài công bố tạp chí uy tín nước quốc tế Các thơng tin trích dẫn luận án trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm cam đoan Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2023 Nghiên cứu sinh Phạm Duy Bính ii LỜI CẢM ƠN Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Vũ Văn Trường PGS TS Nguyễn Thị Việt Liên Thầy, cô người tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ dạy cho kiến thức quý báu để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy đào tạo tơi q trình học tập Viện Cơ học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ Viện Cơ học (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) tạo điều kiện thuận lợi để tơi nghiên cứu hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu “Cơ học lưu chất ứng dụng” – Khoa Kỹ thuật Ơ tơ Năng lượng – Trường Đại học Phenikaa với trưởng nhóm PGS TS Vũ Văn Trường giúp đỡ nghiên cứu chia sẻ kinh nghiệm quý báu nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ đổi sáng tạo Vingroup (VinIF) tài trợ học bổng tiến sĩ cho tơi để tơi có kinh phí hoàn thành luận án Các nghiên cứu luận án nằm đề tài “Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa lớp với truyền nhiệt chuyển pha” mã số 107.03-2019.307 Quỹ Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ông bà, bố mẹ anh, em gia đình tơi động viên tinh thần hỗ trợ vật chất giai đoạn nghiên cứu khoa học để thực luận án Đặc biệt cảm ơn gia đình nhỏ tơi gồm vợ gái nhỏ giúp thêm động lực vượt qua khó khăn để hồn thành luận án tiến sĩ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .6 1.1 Một số khái niệm, định nghĩa .6 1.2 Tổng quan hình thành hạt lưu chất đa thành phần 1.2.1 Sự tách hạt tia lưu chất 1.2.2 Sự co lại sợi lưu chất đa thành phần 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu 10 1.3.1 Ứng dụng hạt đa thành phần 10 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu hóa rắn hạt lưu chất 13 1.3.2.1 Các cơng trình lý thuyết 13 1.3.2.2 Các cơng trình thực nghiệm 15 1.3.2.3 Các cơng trình mơ số 17 1.4 Các phương pháp dùng mô số 19 1.5 Kết luận Chương 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CHO BÀI TỐN CĨ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA .25 2.1 Cơ sở khoa học .25 2.2 Xây dựng chương trình tính tốn 30 2.3 Kiểm chứng chương trình tính tốn vừa xây dựng 46 2.3.1 iv Hạt nước với góc ướt nhỏ 90o 47 2.3.2 Hạt nước với góc ướt lớn 90o 49 2.4 Kết luận Chương 52 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG TRÊN MỘT BỀ MẶT LẠNH .54 3.1 Mơ hình toán chọn độ phân giải lưới 54 3.2 Kết thảo luận .58 3.2.1 Ảnh hưởng số Bond 60 3.2.2 Ảnh hưởng số Prandtl .61 3.2.3 Ảnh hưởng số Stefan .63 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ số khối lượng riêng pha rắn pha lỏng 64 3.2.5 Ảnh hưởng tỉ số bán kính 66 3.2.6 Q trình hóa rắn với góc ướt ngồi 67 3.2.7 Ảnh hưởng góc ướt 69 3.2.8 Ảnh hưởng góc ướt ngồi .71 3.2.9 Ảnh hưởng góc phát triển .74 3.2.10 Sự hình thành đỉnh chóp thời gian hóa rắn hạt lưu chất rỗng 76 3.3 Kết luận Chương 78 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC 80 4.1 Mơ hình tốn chọn độ phân giải lưới 80 4.2 Kết thảo luận .83 4.2.1 Ảnh hưởng số Reynolds 85 4.2.2 Ảnh hưởng số Stefan .86 4.2.3 Ảnh hưởng tỉ số khối lượng riêng pha rắn pha lỏng 88 4.2.4 v Ảnh hưởng kích thước nhân hóa rắn .89 4.2.5 Ảnh hưởng độ lệch tâm ban đầu .90 4.2.6 Ảnh hưởng tỉ số bán kính 92 4.2.7 Ảnh hưởng góc phát triển .93 4.3 Kết luận Chương 94 KẾT LUẬN CHUNG .96 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 98 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Aro Tỉ số hình dạng ngồi Ari Tỉ số hình dạng A Thành phần đối lưu B Thành phần chứa thông lượng nhiệt Bo Số Bond Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp J/K Cps Nhiệt dung riêng đẳng áp pha rắn J/K Cpg Nhiệt dung riêng đẳng áp pha khí J/K Cpsl Tỉ số nhiệt dung riêng đẳng áp pha rắn pha lỏng Cpgl Tỉ số nhiệt dung riêng đẳng áp pha khí pha lỏng C Hàm color dùng phương pháp VOF Ca Số Capillary C,F,K Các thành phần phương trình lượng Di Đường kính tương đương hạt lưu chất D Thành phần khuếch tán dos Đường kính lớn hạt ngồi m dis Đường kính lớn hạt bóng khí m E Thành phần liên quan đến sức căng bề mặt error m Sai số cho phép giải phương trình áp suất f Véc tơ lực áp đặt điều kiện biên không trượt pha rắn N g Véc tơ gia tốc trọng trường gk Véc tơ gia tốc trọng trường không thứ nguyên H Chiều cao miền tính tốn m Hd Chiều cao hạt lưu chất thời điểm m Hs Chiều cao biên hóa rắn m m/s2 vii Hs-theo Chiều cao biên hóa rắn theo lý thuyết m Hin Chiều cao hạt bóng khí q trình hóa rắn kết thúc m Hout Chiều cao hạt ngồi q trình hóa rắn kết thúc m Chiều cao hạt trình hóa rắn kết thúc theo lý thuyết m h Bề rộng mắt lưới m h0i Chiều cao ban đầu hạt bóng khí m h0o Chiều cao ban đầu hạt m hn Thành phần áp đặt nhiệt độ Tc nhân hóa rắn I Hàm thị Hout-theo I1, I2 (hoặc Is, Các hàm thị để phân biệt pha rắn, lỏng khí Il) k Hệ số dẫn nhiệt W(m.K) ks Hệ số dẫn nhiệt pha rắn W(m.K) kl Hệ số dẫn nhiệt pha lỏng W(m.K) kg Hệ số dẫn nhiệt pha khí W(m.K) ksl Tỉ số hệ số dẫn nhiệt pha rắn pha lỏng kgl Tỉ số hệ số dẫn nhiệt pha khí pha lỏng L Chiều dài tham chiếu m Los Chiều dài hạt trình hóa rắn kết thúc m Lis Chiều dài hạt bóng khí q trình hóa rắn kết thúc m Lh Nhiệt ẩn chuyển pha M(x,y,t) Hàm đại diện cho biên hóa rắn theo phương pháp lưới Boltzmann Ns Tổng số điểm biên hóa rắn Neu Tổng số điểm lưới Euler nf Véc tơ pháp tuyến đơn vị biên phân cách Oh Số Ohnesorge J/kg viii Pr Số Prandtl p Áp suất pk Áp suất không thứ nguyên pα Áp suất vòng lặp α Pa pα+1 Áp suất vòng lặp α + Pa pre Áp suất tham chiếu Pa pn Áp suất không thứ nguyên q Thông lượng nhiệt biên chuyển pha Re Số Reynolds R (hoặc Pa W/m2 Bán kính tương đương hạt lưu chất đơn bán kính tương đương hạt hạt lưu chất rỗng m Ri Bán kính tương đương hạt bóng khí bên hạt lưu chất rỗng m Rio Tỉ số bán kính hạt bóng khí với hạt ngồi Rw Bán kính ướt hạt lưu chất bề mặt lạnh m Ra Tọa độ hướng tâm biên hóa rắn m St Số Stefan S Diện tích Sk Diện tích khơng thứ nguyên T Nhiệt độ Tk Nhiệt độ không thứ nguyên Tt Nhiệt độ tham chiếu o Tc Nhiệt độ bề mặt lạnh nhân hóa rắn o T0 Nhiệt độ ban đầu pha khí o Tm Nhiệt độ chuyển pha o Tf Nhiệt độ biên hóa rắn o Hàm đại diện cho nhiệt độ pha lỏng theo phương pháp lưới Boltzmann o Ro) Tl(x,y,t) m2 o K K K K K K K