【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传热流动计算，特别是一种不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法。
技术介绍
1、不规则微小流道内，流体的非稳态传热流动问题是工业生产中常见的一类问题。如化工生产中的填料塔、流化床，农业生产中的土壤、生物工程中的各种组织等都属于不规则分布的微小通道。当流体在土壤颗粒的缝隙或填料颗粒的缝隙间流动并冷凝时，其流动状态即为典型的不规则微通道内流体的非稳态流动传热问题。
2、这类问题由于通道结构复杂且不具有规律性，在很长一段时间内都无法获得其内部的流场和温度场。特别是当流体存在相变时，不仅速度场和压力场的分布十分复杂，其内部温度场和相界面的不断变化也增加了问题求解的难度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，以获得通道内部流体冷凝时做非稳态流动的流场。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：
3、一种不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，包括以下步骤：
4、步骤一：将流场划分为流体通道和固体骨架两部分，计算流体通道体积和流场总体积的比值k，具体为：对有明确进出口的流场，根据流场设备的具体尺寸，计算出设备的总容积v，再根据流体通道内填料的密度和质量，计算出填料颗粒的体积vs，根据进一步得到体积比k；对于无明确边界的流场，根据所研究流场的具体范围，计算出流场的总体积v，再根据流场内颗粒的质量和密度，计算出颗粒的体积vs，进而得到体积比k；
6、步骤三：针对流场中存在的气体、液体和固体，分别建立气体、液体、固体的质量方程和能量方程，其中液体是由气体冷凝形成，固体为流场内的固体颗粒，质量方程的具体形式为：
7、其中ρ为密度，t为流动的时间，u为流体的速度，m为质量源项，能量方程基于局部热平衡理论，其具体形式为
8、t为温度，c为流体的比热，cp为定压比热，其中λ表示导热系数，r为能量源项；
9、步骤四：配置能量方程和质量方程的源项m和r，其中质量方程的源项用方程表示为
10、冷凝过程中气体质量减少，源项m符号为负号，液体质量增加，源项m为正号，固体仅参与传热过程，质量和动量均没有发生变化，因此固体的质量源项为0，能量方程的源项表示为(hg-hl)m＝-r,由于气体冷凝为放热过程，因此能量方程的源项符号为负，其中(hg-hl)为汽化潜热；
11、步骤五：配置动量方程，动量方程为
12、其中f为质量力的力场，表示单位质量流体所受到的体积力的大小，流动过程中表现为阻力，c为源项，表示为
13、为了使方程个数与未知数个数保持一致，在不引入新的未知量的情况下，补充气体状态方程和列维利特方程使方程组封闭，具体为
14、其中pg、pl分别表示气体和液体的压强，tl为液体的温度，m表示流体的平均分子量，rg为气体状态常数，pc为气液项界面处的压强，j(s)为列维利特方程的j函数，其具体形式表示为：
15、σ(t)＝σ0-βt，其中σ0和β为与流体本身有关的常数，不同流体的σ0和β取值不同；
16、步骤六：确定边界条件和初始条件，近似认为流场边界为绝热且不可渗透的刚性壁面，其质量流量和热通量都为0，因此流场的边界条件为
17、ul表示液体速度，ug表示气体速度；对于不具有明显边界或者开放边界的流场，边界条件描述为
18、其中，为边界的法线方向；
19、在初始时刻流场入口处，流场温度均匀且等于初始时刻的温度t0，入口压力与环境压力p0相等，流体速度等于入口处流体的速度u0，因此初始条件为
20、u(x,y,z,t)|t＝0＝u0，t(x,y,z,t)|t＝0＝t0，p(x,y,z,t)|t＝0＝p0；
21、步骤七：方程组的离散和求解，将步骤一至步骤六得到的方程形成方程组，为了保证方程组的收敛性和求解精度，方程组采用具有二阶精度的中心差分格式，边界条件采用一阶向前差分获得方程的离散格式，对获得的系数矩阵采用全隐式求解，并获得流场的物理参数，具体求解方式为将方程组分别在时间和空间上离散为i个步长，则每个时间步标记为ti，将通道入口处初始时刻的初始条件作为第一时间步内的初始值，初始时刻为t＝t0时刻，第一时间t＝t1，代入方程的离散格式进行迭代，求得第一时间步内流场中各点的温度、压力、密度及速度值，再将上一步求得的解作为下一时间步内的初始值代入下一时间步，求解下一时间步内流场各点的参数值，以此类推，直至求解完成，即将各变量i-1时间层的值作为初始迭代值，对第一时间层，即当i＝1时，采用i＝i-1即i＝0时层的值作为迭代初始值，计算第一时间层内各变量的值，再将第一时间层内各变量的值作为第二时间层内迭代的初始值计算第二时间层内流场参数，如此类推，直到所有时间步求解完成，最终获得整个流场内气体和液体的压力、温度、速度的分布情况。
22、进一步地，所述流场为多孔介质流场。
23、进一步地，所述流场为填充床或填料塔。
24、进一步地，所述流场为土壤层或岩石层。
25、与现有技术相比，其显著优点在于：
26、本专利技术提供一种能够对不规则微小流道内流体冷凝流动过程进行计算和分析的方法，通过这种方法能够获得通道内部流体冷凝时做非稳态流动的流场。
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1.一种不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，所述流场为多孔介质流场。
3.根据权利要求2所述的不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，所述流场为填充床或填料塔。
4.根据权利要求2所述的不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，所述流场为土壤层或岩石层。
【技术特征摘要】
1.一种不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的不规则微小流道内非稳态流场冷凝传热流动的计算方法，其特征在于，所述流场为多孔介质流场。
3.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬稔，卞雯静，张凯悦，董晓彤，朱林，边义祥，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：
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