Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu số về truyền nhiệt đối lưu trong bể có nguồn nhiệt ngâm dưới điều kiện địa chấn
Tóm tắt
Hiệu suất nhiệt của các hệ thống loại bỏ nhiệt thừa thụ động và các bộ đun nước solar phụ thuộc vào quá trình truyền nhiệt đối lưu tự nhiên. Tuy nhiên, quá trình truyền nhiệt đối lưu tự nhiên có thể dẫn đến sự phân tầng nhiệt trong một bể. Tùy thuộc vào cách sử dụng, sự phân tầng có thể là mong muốn hoặc không mong muốn. Khi toàn bộ hệ thống chịu tác động của kích thích địa chấn, việc điều tra tạm thời sự phát triển của phân bố nhiệt độ được nhấn mạnh và chưa được khám phá số học. Do đó, bài báo này đề cập đến việc điều tra số học về tương tác kết hợp của quá trình truyền nhiệt từ bộ đun ngâm dưới và sự dao động của chất lỏng trong bể do kích thích địa chấn gây ra trong các thảm họa tự nhiên (Tsunami, động đất). Đầu tiên, một mô hình số đã được phát triển bằng cách đưa vào phương trình năng lượng trong công cụ giải hiện có có tên là "interDyMFoam" có sẵn trong công cụ OpenFOAM 4.0 dựa trên thể tích hữu hạn mã nguồn mở. Tiếp theo, mô hình đã phát triển được sử dụng để tái tạo dữ liệu áp suất cho vấn đề dao động chất lỏng đã được báo cáo trong tài liệu mở để xác thực mô hình. Để xác thực thêm mô hình đề xuất, bài toán truyền nhiệt trong bể nước đầy một phần có nguồn nhiệt ngâm ngang đã được mô phỏng và kết quả được so sánh với dữ liệu thực nghiệm. Kết quả số cho thấy sự phù hợp tốt với dữ liệu có sẵn cho cả hai trường hợp: dao động chất lỏng và truyền nhiệt một cách riêng biệt. Sử dụng mô hình đề xuất, trong công việc hiện tại, điều chưa được đề cập trước đây, chiều cao dao động bề mặt tự do và hành vi nhiệt của bể nước đầy một phần có bộ trao đổi nhiệt ngâm dưới với các độ sâu ngâm khác nhau đã được khám phá. Các kết quả kết luận rằng có sự gia tăng tối đa 12,3% nhiệt độ nước khi bể bị kích thích so với khi không có kích thích.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Savio RR, Shaik S, Kumar RS. Numerical study of natural convection around a square cylinder within a square enclosure for different orientations. J Therm Anal Calorim. 2022;147:1711–25. https://doi.org/10.1007/s10973-020-10499-z.
Joshi JB, Pandit AB, Patel SB, Singhal RS, Bhide GK, Mariwala KV, Devidayal BA, Danao SP, Ganguli AA, Gudekar AS, Chavan PV, Shinde YH. Development of efficient designs of cooking systems. II. Computational fluid dynamics and optimization. Ind Eng Chem Res. 2012;51:1897–922. https://doi.org/10.1021/ie2025745.
Zhao B, Shi CJ, Yang XF, Gao DK, Xu LZ, Zhang YY. Temperature field analysis of liquid stratification for LNG tank based on orthogonal ridgelet finite element method. J Therm Anal Calorim. 2016;125:557–62. https://doi.org/10.1007/s10973-016-5432-8.
Minocha N, Joshi JB, Nayak AK, Vijayan PK. 3D CFD simulation of passive decay heat removal system under boiling conditions: Role of bubble sliding motion on inclined heated tubes. Chem Eng Sci. 2016;145:245–65. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.02.015.
Minocha N, Joshi JB, Nayak AK, Vijayan PK. 3D CFD simulations to study the effect of inclination of condenser tube on natural convection and thermal stratification in a passive decay heat removal system. Nucl Eng Des. 2016;305:582–603. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.06.020.
Chauhan SP, Eswaran M, Naveen K, Reddy GR. Experimental investigation on partially filled liquid pools under combined thermal and vibrational loads. Exp Therm Fluid Sci. 2019;101:160–74. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.10.019.
Kumar S, Grover RB, Yadav H, Vijayan PK, Kannan U, Agrawal A. Experimental and numerical investigation on suppression of thermal stratification in a water-pool: PIV measurements and CFD simulations. Appl Therm Eng. 2018;138:686–704. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.04.070.
Krepper E, Hicken EF, Jaegers H. Investigation of natural convection in large pools. Int J Heat Fluid Flow. 2002;23:359–65. https://doi.org/10.1016/S0142-727X(02)00183-2.
Minocha N, Joshi JB, Nayak AK, Vijayan PK. Numerical investigation of three-dimensional natural circulation phenomenon in passive safety systems for decay heat removal in large pools. Int J Heat Mass Transf. 2015;81:659–80. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.10.007.
Kumar S, Grover RB, Vijayan PK, Kannan U. Numerical investigation on the effect of shrouds around an immersed isolation condenser on the thermal stratification in large pools. Ann Nucl Energy. 2017;110:109–25. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2017.06.022.
Kumar S, Vijayan PK, Kannan U, Sharma M, Pilkhwal DS. Experimental and computational simulation of thermal stratification in large pools with immersed condenser. Appl Therm Eng. 2017;113:345–61. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.10.175.
Ganguli AA, Pandit AB, Joshi JB, Vijayan PK. Hydrodynamic and heat transfer characteristics of a centrally heated cylindrical enclosure: CFD simulations and experimental measurements. Chem Eng Res Des. 2011;89:2024–37. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2011.02.003.
Gandhi MS, Joshi JB, Nayak AK, Vijayan PK. Reduction in thermal stratification in two phase natural convection in rectangular tanks: CFD simulations and PIV measurements. Chem Eng Sci. 2013;100:300–25. https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.02.064.
Ge J, Tian W, Qiu S, Su GH. CFD simulation of secondary side fluid flow and heat transfer of the passive residual heat removal heat exchanger. Nucl Eng Des. 2018;337:27–37. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.06.014.
Lu D, Liu Y, Zeng X. Experimental and numerical study of dynamic response of elevated water tank of AP1000 PCCWST considering FSI effect. Ann Nucl Energy. 2015;81:73–83. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.03.019.
Sanapala VS, Velusamy K, Patnaik BSV. CFD simulations on the dynamics of liquid sloshing and its control in a storage tank for spent fuel applications. Ann Nucl Energy. 2016;94:494–509. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2016.04.018.
Jung JH, Yoon HS, Lee CY. Effect of natural frequency modes on sloshing phenomenon in a rectangular tank. Int J Nav Archit Ocean Eng. 2015;7:580–94. https://doi.org/10.1515/ijnaoe-2015-0041.
Park WM, Choi DK, Kim K, Son SM, Oh SH, Lee KH, Kang HS, Choi C. Simple analytical method for predicting the sloshing motion in a rectangular pool. Nucl Eng Technol. 2020;52:947–55. https://doi.org/10.1016/j.net.2019.10.025.
Eswaran M, Reddy GR. Liquid sloshing in fuel storage bays of advanced reactor subjected to earthquake loading. Procedia Eng. 2016;144:1278–85. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.05.118.
Housner GW. The dynamic behavior of water tanks. Bull Seismol Soc Am. 1963;53:381–7.
Chauhan SP, Kumar N, Chandraker DK. Transient thermal characteristics of submerged vertical heater under seismic excitation. Exp Heat Transf. 2021;00:1–19. https://doi.org/10.1080/08916152.2021.1993382.
Chauhan S, Chandraker DK, Kumar N. Thermal stratification in a pool with submerged heater under low frequency excitation. J Nucl Eng Radiat Sci. 2021. https://doi.org/10.1115/1.4053221.
Verma PK, Nayak AK, Jain V, Vijayan PK, Vaze KK. Suppression of thermal stratification in gravity driven water pool of an advanced reactor using shrouds. Ann Nucl Energy. 2013;58:221–7. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2013.03.012.
Rusche H, Computational fluid dynamics of dispersed two-phase flows at high phase fractions, Imperial College London (University of London), 2003.
Brackbill JU, Kothe DB, Zemach C. A continuum method for modeling surface tension. J Comput Phys. 1992;100:335–54. https://doi.org/10.1016/0021-9991(92)90240-Y.
Weller CFHG, Tabor G, Jasak H. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques. Comput Phys. 1998. https://doi.org/10.1063/1.168744.
Chen YG, Djidjeli K, Price WG. Numerical simulation of liquid sloshing phenomena in partially filled containers. Comput Fluids. 2009;38:830–42. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2008.09.003.
Chauhan SP, Chandraker DK, Kumar N. Transient heat transfer characteristics of submerged heat source under seismic excitation. Int J Therm Sci. 2023;184:107964. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107964.