Đang tải... (xem toàn văn)
HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ PHẠMDUYBÍNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤTĐATHÀNH PHẦNCÓ TRUYỀNNHIỆT,CHUYỂNPHA LUẬNÁNTIẾNSĨ CƠ HỌC HàNội 2022 BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆV[.]
BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNG NGHỆ PHẠMDUYBÍNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤTĐATHÀNH PHẦNCĨ TRUYỀNNHIỆT,CHUYỂNPHA LUẬNÁNTIẾNSĨ CƠ HỌC HàNội -2022 BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM PHẠMDUY BÍNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤTĐATHÀNHPHẦN CÓTRUYỀNNHIỆT,CHUYỂNPHA LUẬNÁNTIẾNSĨ CƠ HỌC Chuyên ngành: Cơ học chất lỏng chất khíMãsố:9.44.01.08 Xác nhận Học Thầy/cơhướngdẫn1 Thầy/cơhướngdẫn2 việnKhoahọcvàCơngng hệ PGS.TS VũVănTrường PGS.TS.NguyễnThị ViệtLiên Hà Nội -2023 LỜICAMĐOAN Tơi,Phạm Duy Bính, xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu tính tốn động lựchọchạtlưuchấtđathànhphầncótruyềnnhiệt,chuyểnpha” cơng trình nghiêncứu tơi, hướng dẫn củaPGS TS Vũ Văn TrườngvàPGS TS NguyễnThị Việt Liên Các kết nghiên cứu nội dung nghiên cứu đề tài hoàntoàn trung thực Các kết số liệu nghiên cứu đề tài cơng bốtrong tạp chí uy tín nước quốc tế Các thơng tin trích dẫn luận ánnày trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm sựcamđoan HàNội,ngày23tháng03năm2023 Nghiêncứusinh PhạmDuy Bính LỜICẢMƠN Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đếnPGS TS Vũ Văn TrườngvàPGS TS Nguyễn Thị Việt Liên Thầy, cô người tận tâm hướng dẫn, giúpđỡvàđãdạychotơinhữngkiếnthứcqbáuđểtơihồnthànhluận ánnày Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy vàđào tạo tơi q trình học tập Viện Cơ học – Viện Hàn lâm Khoa học vàCông nghệ Việt Nam Xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ vàViện Cơ học (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) tạo điềukiệnthuậnlợiđểtơinghiêncứuvàhồnthành luậnánnày Tơi xin chân thành cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu “Cơ họclưu chất ứng dụng” – Khoa Kỹ thuật Ơ tơ Năng lượng – Trường Đại họcPhenikaa với trưởng nhóm PGS TS Vũ Văn Trường giúp đỡ nghiêncứucũngnhư chiasẻcác kinhnghiệmquýbáutrongnghiêncứukhoahọc Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ đổi sáng tạo Vingroup (VinIF) tài trợhọc bổng tiến sĩ cho tơi để tơi có kinh phí hoàn thành luận án Các nghiên cứutrong luận án nằm đề tài “Nghiên cứu tính tốn động lực học hạt lưuchất đa lớp với truyền nhiệt chuyển pha” mã số 107.03-2019.307 Quỹ KhoahọcvàCôngnghệQuốc gia (NAFOSTED)tàitrợ Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ông bà, bố mẹ anh, emtrong gia đình tơi động viên tinh thần hỗ trợ vật chất giai đoạn tôinghiêncứukhoahọcđể thực luận án.Đ ặ c b i ệ t c ả m n g i a đ ì n h n h ỏ c ủ a t ô i gồm vợ gái nhỏ giúp thêm động lực vượt qua khó khăn để hồnthànhluậnántiếnsĩnày MỤCLỤC LỜICAM ĐOAN i LỜICẢMƠN ii MỤCLỤC iii DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮ CÁIVIẾTTẮT vi DANHMỤCCÁCBẢNG xiii DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ,ĐỒTHỊ .xiv MỞĐẦU CHƯƠNG 1.TỔNGQUAN .6 1.1 Mộtsốkháiniệm,địnhnghĩacơbản 1.2 Tổngquan vềsựhìnhthànhhạtlưuchấtđathànhphần 1.2.1 Sựtáchhạtcủatialưu chất 1.2.2 Sựcolạicủasợilưuchấtđathànhphần 1.3 Tổngquan vềtình hìnhnghiêncứu 10 1.3.1 Ứngdụngcủahạtđathànhphần 10 1.3.2 Cáccơngtrìnhnghiên cứuhóarắnhạtlưuchất 13 1.3.2.1 Cáccơngtrìnhlýthuyết .13 1.3.2.2 Cáccơngtrìnhthựcnghiệm 15 1.3.2.3 Cáccơngtrình mơ phỏngsố 17 1.4 Cácphươngphápdùng mô phỏngsố 19 1.5 KếtluậnChương1 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐNCHOBÀITỐNCĨTRUYỀNNHIỆT,CHUYỂNPHA 25 2.1 Cơsởkhoahọc 25 2.2 Xâydựngchươngtrình tínhtốn .30 2.3 Kiểmchứngchươngtrìnhtínhtốnvừaxâydựng 46 2.3.1 Hạtnướcvới gócướtnhỏhơn90o 47 2.3.2 Hạtnướcvớigócướtlớnhơn90o 49 2.4 KếtluậnChương2 52 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHACỦAHẠT LƯUCHẤTRỖNG TRÊNMỘTBỀMẶTLẠNH .54 3.1 Mơhìnhbàitốn vàchọnđộphân giảilưới 54 3.2 Kếtquảvàthảoluận 58 3.2.1 ẢnhhưởngcủasốBond 60 3.2.2 ẢnhhưởngcủasốPrandtl 61 3.2.3 ẢnhhưởngcủasốStefan 63 3.2.4 Ảnhhưởngcủatỉsố khốilượngriênggiữapharắnvàphalỏng .64 3.2.5 Ảnhhưởngcủatỉsố bánkính 66 3.2.6 Qtrìnhhóarắnvớigócướtngồivàtrong .67 3.2.7 Ảnhhưởngcủagócướttrong 69 3.2.8 Ảnhhưởngcủagócướtngồi 71 3.2.9 Ảnhhưởngcủagócpháttriển 74 3.2.10 Sựhìnhthànhđỉnhchópvàthời gianhóarắncủahạtlưuchấtrỗng 76 3.3 KếtluậnChương3 78 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHACỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỐI LƯU CƯỠNGBỨC .80 4.1 Mơhìnhbàitốn vàchọnđộphân giảilưới 80 4.2 Kếtquảvàthảoluận 83 4.2.1 ẢnhhưởngcủasốReynolds .85 4.2.2 ẢnhhưởngcủasốStefan 86 4.2.3 Ảnhhưởngtỉsốkhốilượngriênggiữapharắnvàphalỏng .88 4.2.4 Ảnhhưởngcủa kích thước nhân hóarắn 89 4.2.5 Ảnhhưởngcủađộlệchtâmbanđầu 90 4.2.6 Ảnhhưởngcủatỉsốbánkính .92 4.2.7 Ảnhhưởngcủagócpháttriển 93 4.3 Kếtluận Chương 94 KẾTLUẬNCHUNG 96 HƯỚNGPHÁTTRIỂNTRONGTƯƠNGLAI 98 DANHMỤCCƠNGTRÌNHCỦANGHIÊNCỨUSINH 99 TÀILIỆUTHAMKHẢO 100 DANHMỤCCÁCKÝHIỆU, CÁCCHỮCÁIVIẾTTẮT Kýhiệu Ýnghĩa Đơnvị Aro Tỉsốhình dạngngồi Ari Tỉsốhình dạngtrong A Thànhphần đốilưu B Thànhphần chứathônglượngnhiệt Bo SốBond Cp Nhiệtdungriêngđẳng áp J/K Cps Nhiệtdungriêngđẳngáppharắn J/K Cpg Nhiệtdungriêngđẳngápphakhí J/K Cpsl Tỉsốnhiệt dungriêngđẳngápgiữapharắnvàphalỏng Cpgl Tỉsốnhiệt dungriêngđẳngápgiữaphakhívàphalỏng C Hàmcolor dùngtrongphươngpháp VOF Ca SốCapillary C,F,K Cácthànhphầncontrongphươngtrìnhnănglượng Di Đườngkínhtươngđươngcủahạtlưuchất D Thànhphầnkhuếch tán dos Đườngkínhlớnnhấtcủahạtngồi m dis Đườngkínhlớnnhấtcủahạt bóngkhí m E Thànhphần liênquanđếnsứccăngbềmặt error m Saisốcho phépkhigiảiphươngtrìnhápsuất f Véctơlựcápđặtđiềukiệnbiênkhơngtrượt tạipharắn N g Véctơgia tốctrọngtrường gk Véctơgia tốctrọngtrườngkhơngthứngun H Chiềucaomiềntínhtốn m Hd Chiềucaocủahạtlưuchấttạithời điểm m Hs Chiềucaobiênhóarắn m m/s2 Hs-theo Chiềucaobiênhóarắntheolýthuyết m Hin Chiềucaohạtbóng khíkhiqtrìnhhóarắnkếtthúc m Hout Chiềucaohạtngồikhi qtrìnhhóarắnkếtthúc m Hout-theo Chiềucaohạtngồikhiqtrình hóarắnkếtthúctheolýthuyết m h Bềrộng mắtlưới m h0i Chiềucaobanđầucủahạtbóngkhí m h0o Chiềucaobanđầucủahạtngồi m hn Thànhphần ápđặt nhiệtđộTctạinhân hóarắn I Hàmchỉthị I1,I2 (hoặcIs,Il Cáchàmchỉthịđểphânbiệtgiữacácpharắn,lỏngvàkhí ) k Hệsốdẫnnhiệt W(m.K) ks Hệsốdẫn nhiệtpha rắn W(m.K) kl Hệsốdẫn nhiệtpha lỏng W(m.K) kg Hệsốdẫn nhiệtpha khí W(m.K) ksl Tỉsốhệsố dẫnnhiệtgiữapharắnvàphalỏng kgl Tỉsốhệsố dẫnnhiệtgiữaphakhívàphalỏng L Chiềudàithamchiếu m Los Chiềudàihạtngồikhiqtrìnhhóarắnkếtthúc m Lis Chiềudàihạtbóng khíkhiqtrìnhhóarắnkếtthúc m Lh Nhiệtẩnchuyểnpha M(x,y,t) Hàm đại diện cho biên hóa rắn theo phương pháp lướiBoltzmann Ns Tổngsốđiểmcủabiên hóarắn Neu TổngsốđiểmlướiEuler nf Véctơpháptuyến đơn vịtạibiên phâncách Oh SốOhnesorge J/kg Pr SốPrandtl p Ápsuất pk Ápsuấtkhơngthứngun pα Ápsuấttạivịnglặpα Pa pα+1 Ápsuấttại vịnglặpα+1 Pa pre Ápsuấtthamchiếu Pa pn Ápsuấtkhôngthứnguyên q Thônglượngnhiệttạibiênchuyển pha Re SốReynolds R(hoặc Ro) Ri Bánkínhtươngđương củahạtlưuchấtđơnhoặcbánkínhtươngđươngcủa hạtngồicủahạtlưuchấtrỗng Bánkínhtươngđương củahạtbóngkhíbêntrongcủahạtlưuchấtrỗng Pa W/m2 m m Rio Tỉsốbánkínhcủahạt bóngkhívớihạt ngồi Rw Bánkínhướt củahạtlưuchấttrênbềmặtlạnh m Ra Tọađộhướngtâmbiên hóarắn m St SốStefan S Diệntích Sk Diệntíchkhơngthứngun T Nhiệtđộ Tk Nhiệtđộkhôngthứnguyên Tt m2 o K Nhiệtđộthamchiếu o K Tc Nhiệtđộcủabề mặtlạnhhoặccủanhânhóarắn o K T0 Nhiệtđộbanđầucủaphakhí o K Tm Nhiệtđộchuyểnpha o K Tf Nhiệtđộtạibiênhóarắn o K o K Tl(x,y,t) Hàmđạidiệnchonhiệt độphalỏngtheo phươngpháplướiBoltzmann