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非局域热平衡理论下斯特林热机回热器温度场分布数值分析

刘繁茂 蒋彭 刘永祥

刘繁茂, 蒋彭, 刘永祥. 非局域热平衡理论下斯特林热机回热器温度场分布数值分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(6): 863-869. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180249
引用本文: 刘繁茂, 蒋彭, 刘永祥. 非局域热平衡理论下斯特林热机回热器温度场分布数值分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(6): 863-869. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180249
Fanmao Liu, Peng Jiang, Yongxiang Liu. Numerical Analysis of Temperature Distribution of Stirling Engine Regenerator under Non-local Thermodynamics Equilibrium Theory[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(6): 863-869. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180249
Citation: Fanmao Liu, Peng Jiang, Yongxiang Liu. Numerical Analysis of Temperature Distribution of Stirling Engine Regenerator under Non-local Thermodynamics Equilibrium Theory[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(6): 863-869. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180249

非局域热平衡理论下斯特林热机回热器温度场分布数值分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180249
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51576061

湖南省科技计划项目 2012FJ6121

湖南省自然科学基金项目 2016JJ2052

湖南省教育厅资助科研项目 09C406

详细信息
    作者简介:

    刘繁茂(1976-), 教授, 博士生导师, 研究方向为新能源技术与装备, liufanmao@hotmail.com

  • 中图分类号: TK11

Numerical Analysis of Temperature Distribution of Stirling Engine Regenerator under Non-local Thermodynamics Equilibrium Theory

  • 摘要: 如何获得较为准确的回热器温度场分布,一直是碟式太阳能斯特林热机研究中的热点问题。本文构建了基于非局域热平衡理论的三维多孔介质动量方程与能量方程,以数值模拟的方法,探讨了回热器长度和分层、入口速度、填充介质孔隙率、气体工质材料及填充丝网目数等因素对于斯特林发动机回热器温度场分布的影响规律。结果表明:金属丝网孔隙率和气体工质流动速度对于金属丝网回热器的换热性能影响较大,适当地延长回热器长度能有效提高回热器的换热性能。
  • 图  1  回热器计算模型

    图  2  回热器仿真模型

    图  3  温度场对比图

    图  4  入口速度变化对于回热器温度场的影响

    图  5  工质气体入口速度为0.2 m/s时, 回热器内的气固两相温度场云图

    图  6  局部热平衡模型下的温度场分布图

    图  7  填充介质孔隙率变化对于回热器温度场的影响

    图  8  气体工质对于回热器温度场的影响

    图  9  回热器长度对于回热器温度场的影响

    图  10  丝网目数对于回热器温度场的影响

    图  11  丝网层数对于回热器温度场的影响

    表  1  不同孔隙率的丝网阻力系数

    孔隙率 黏性阻力系数 惯性阻力系数
    0.6 2.98×1010 1.06×105
    0.7 1.06×1010 5.02×105
    0.8 3.15×109 2.24×104
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    表  2  丝网目数的参数

    目数 孔隙率 黏性阻力系数 惯性阻力系数
    180 0.705 5.41×109 3.55×104
    200 0.668 1.01×1010 5.27×104
    250 0.665 1.54×1010 6.53×104
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    表  3  回热器的分层情况

    系列 孔隙率 长度/mm
    0.6 15
    0.7 15
    0.8 15
    0.8 15
    0.7 15
    0.6 15
    0.6 30
    0.8 15
    0.8 30
    0.6 15
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  • [1] Joshi U V. CFD method and hydrodynamic parameters for porous media regenerator[M]. Scholars' Press, 2016
    [2] Alhusseny A, Turan A, Nasser A. Computational simulation of the heat and fluid flow through a rotary thermal regenerator based on a porous media approach[C]//International Conference on Computational Heat and MASS Transfer. Istanbul, Turkey: ICCHMT, 2015
    [3] Costa S C, Barrutia H, Esnaola J A, et al. Numerical study of the pressure drop phenomena in wound woven wire matrix of a Stirling regenerator[J]. Energy Conversion and Management, 2013, 67:57-65 doi: 10.1016/j.enconman.2012.10.014
    [4] 童传琛, 娄德仓, 朱晓华.间冷回热涡扇发动机回热器在喷管内的安装布局研究[J].燃气涡轮试验与研究, 2016, 29(1):41-46, 35 doi: 10.3969/j.issn.1672-2620.2016.01.008

    Tong C C, Lou D C, Zhu X H. Installation layout of recuperator in nozzle for an intercooled recuperated engine[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 2016, 29(1):41-46, 35(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-2620.2016.01.008
    [5] 高凡, 何雅玲, 刘迎文.交变流动下丝网回热器中压降特性的数值分析[J].工程热物理学报, 2008, 29(4):668-670 doi: 10.3321/j.issn:0253-231X.2008.04.035

    Gao F, He Y L, Liu Y W. Numerical analysis of pressure drop characteristic in mesh regenerator under oscillating flow[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2008, 29(4):668-670(in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0253-231X.2008.04.035
    [6] Otto F. The geometry of dissipative evolution equations:the porous medium equation[J]. Communications in Partial Differential Equations, 2001, 26(1-2):101-107 doi: 10.1081/PDE-100002243
    [7] Tew R, Simon T, Gedeon D, et al. An initial non- equilibrium porous-media model for CFD simulation of stirling regenerators[C]//Proceedings of the 4th International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit. San Diego, California: AIAA, 2006
    [8] Muralidhar K, Suzuki K. Analysis of flow and heat transfer in a regenerator mesh using a non-Darcy thermally non-equilibrium model[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2001, 44(13):2493-2504 doi: 10.1016/S0017-9310(00)00285-4
    [9] Costa S C, Barreno I, Tutar M, et al. The thermal non-equilibrium porous media modelling for CFD study of woven wire matrix of a Stirling regenerator[J]. Energy Conversion and Management, 2015, 89:473-483 doi: 10.1016/j.enconman.2014.10.019
    [10] 刘雅宁.热气机回热器内流动和传热特性的研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2007 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10213-2008195742.htm

    Liu Y N. Study on the flow and heat transfer characteristics in regenerator[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2007(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10213-2008195742.htm
    [11] 刘伟, 范爱武, 黄晓明.多孔介质传热传质理论与应用[M].北京:科学出版社, 2006

    Liu W, Fan A W, Huang X M. Theory and application of heat and mass transfer in porous media[M]. Beijing:Science Press, 2006(in Chinese)
    [12] Jiang P X, Ren Z P. Numerical investigation of forced convection heat transfer in porous media using a thermal non-equilibrium model[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2001, 22(1):102-110 doi: 10.1016/S0142-727X(00)00066-7
    [13] 杜建华, 王补宣.带内热源多孔介质中的受迫对流换热[J].工程热物理学报, 1999, 20(1):69-73 doi: 10.3321/j.issn:0253-231X.1999.01.017

    Du J H, Wang B X. Research on the forced convective heat transfer for fluid flow through porous media with internal heat source[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 1999, 20(1):69-73(in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0253-231X.1999.01.017
    [14] Wang F Q, Shuai Y, Tan H P, et al. Thermal performance analysis of porous media receiver with concentrated solar irradiation[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2013, 62:247-254 doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.03.003
    [15] 许昌, 刘德有, 郑源, 等.塔式太阳能发电多孔介质吸热器传热研究[J].中国电机工程学报, 2010, 30(20):117-122 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgdjgcxb201020019

    Xu C, Liu D Y, Zheng Y, et al. Research on porous media receiver heat transfer of solar power tower plant[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(20):117-122(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgdjgcxb201020019
    [16] Moran M J, Shapiro H N, Boettner D D, et al. Fundamentals of engineering thermodynamics[M]. 6th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2010
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-20
  • 刊出日期:  2019-06-05

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