HEAT TRANSFER IN NATURAL CONVECTION WITH FINITE-SIZED PARTICLES CONSIDERING THERMAL CONDUCTANCE DUE TO INTER-PARTICLE CONTACTS

材料科学 传热 热传导 热流密度 热导率 热力学 传热系数 对流换热 机械 强化传热 粒子(生态学) 瑞利数 有限体积法 自然对流 热接触 对流 体积分数 复合材料 物理 海洋学 地质学
作者
Shintaro Takeuchi,Takaaki Tsutsumi,Takeo Kajishima,Katsuya Kondo,Taishi Harada
出处
期刊:Computational Thermal Sciences 卷期号:7 (5-6): 385-404 被引量:11
标识
DOI:10.1615/computthermalscien.2016014791
摘要

The heat transfer problem in solid-dispersed two-phase flow is numerically studied. Temperature gradient within the finite-sized particles and inter-particle heat flux due to collisions are considered, and those effects on the flow structure and heat transfer are discussed. The interaction between fluid and particles is treated by our original immersed solid approach. For the conjugate heat transfer problems, to satisfy the thermal condition at the fluid-solid interface, our interfacial heat flux model is employed. Also, the interfacial flux model is extended to incorporate the heat conduction due to inter-particle contacts, based on 2D and axisymmetric contact heat resistance solutions. The method is applied to 2D and 3D natural convection problems including multiple particles in a confined domain under relatively low Rayleigh numbers (104−106). Heat transfer and particle behaviors are studied for different solid volume fractions (up to about 50%) and heat conductivity ratios (solid to fluid) ranging between 10−3 and 103. Under high solid volume fraction conditions, the particles are observed to form densely concentrated regions, where heat flow tends to channel through the contacting points. In three-dimensional solid-dispersed flows, by decomposing the heat flux into the contributions of the convection and conduction, the change of the major heat transfer mode is studied for different solid volume fractions and conductivity ratios.

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