Условия плавления тепловыделяющего пористого элемента с активным охлаждением: приближенное аналитическое решение

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В теплоэнергетических приложениях (например, при исследовании режимов работы устройств для хранения тепловой и электрической энергии) часто появляются задачи, связанные с распространением фронта фазового перехода в теплонапряженных элементах. В настоящей работе рассматривается решение упрощенной задачи о проточном охлаждении плавящегося элемента. Для рассмотренных задач получены аналитические оценки для критических значений тепловыделения, соответствующих началу плавления и полному расплавлению элемента. Результаты подтверждаются численными расчетами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Г. Донской

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: donskoy.chem@mail.ru
Россия, Иркутск

Список литературы

  1. Sarbu I., Sebachievici C. A Comprehensive Review of Thermal Energy Storage // Sustainability. 2018. V. 10. P. 191. doi: 10.3390/su10010191
  2. Mallick S., Gayen D. Thermal behaviour and thermal runaway propagation in lithium-ion battery systems – A critical review // Journal of Energy Storage. 2023. V. 62. P. 106894. doi: 10.1016/j.est.2023.106894
  3. Panchenko S.V., Bobkov V.I., Fedulov A.S., Chernovalova M.V. Mathematical modelling of thermal and physical-chemical processes during sintering // Non-ferrous Metals. 2018. No. 2. P. 50. doi: 10.17580/nfm.2018.02.09
  4. Thevenin P.O., Ersson A.G., Kusar H.M.J., Menon P.G., Jaras S.G. Deactivation of high temperature combustion catalysts // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 212. P. 189. doi: 10.1016/S0926-860X(00)00846-2
  5. Puszynski J., Jayaraman V.K., Hlavacek V. A Stefan problem for exothermic non-catalytic reactions // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1985. V. 28. No. 6. P. 1237. doi: 10.1016/0017-9310(85)90133-4
  6. Tripathi P., Rao L. Single particle and packed bed combustion characteristics of high ash and high plastic content refuse derived fuel // Fuel. 2022. V. 308. P. 121983. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121983
  7. Sajjadi M., Azaiez J. Heat and mass transfer in melting porous media: Stable miscible displacements // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. V. 88. P. 926. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.05.017
  8. Вулис Л.А. Тепловой режим горения. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1954. 288 с.
  9. Lutsenko N.A. Numerical modeling of unsteady gas flow through porous heat-evolutional objects with partial closure of the object’s outlet // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. V. 72. P. 602. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.01.046
  10. Саженков С.А. Исследование задачи Дарси-Стефана о фазовых переходах в насыщенном пористом грунте // ПМТФ. 2008. Т. 49. № 4. С. 81.
  11. Barbu V., Ciotir I., Danaila I. Existence and Uniqueness of Solution to the Two-Phase Stefan Problem with Convection // Applied Mathematics & Optimization. 2021. V. 84. P. 123. doi: 10.1007/s00245-021-09764-w
  12. Crepeau J.C., Siahpush A., Spotten B. On the Stefan problem with volumetric energy generation // Heat and Mass Transfer. 2009. V. 46. P. 119. doi: 10.1007/s00231-009-0550-5
  13. Alsulami R.A., Zope T.M., Premnath K., Aljaghtham M. Convectively cooled solidification in phase change materials in different configurations subject to internal heat generation: Quasi-steady analysis // Applied Thermal Engineering. 2023. V. 221. P. 119849. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119849
  14. Донской И.Г. Влияние лучистых теплопотерь на условия плавления материала с внутренним тепловыделением // Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2024. Т. 26. № 3. С. 173. doi: 10.30724/1998-9903-2024-26-3-173-183
  15. Donskoy I. The critical conditions of filtration flow blocking in a porous channel with phase transitions // Journal of Heat and Mass Transfer Research. 2024. doi: 10.22075/JHMTR.2024.34469.1570 (in press)
  16. Gunn D.J. Diffusion and chemical reaction in catalysis and absorption // Chemical Engineering Science. 1967. V. 22. No. 11. P. 1439. doi: 10.1016/0009-2509(67)80071-X
  17. Донской И.Г. Задача Стефана в тепловыделяющем цилиндрическом образце с граничными условиями третьего рода: расчет времени расплавления // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 2. С. 290. doi: 10.21285/1814-3520-2024-2-290-302
  18. Быков В.И., Цыбенова С.Б. Динамика фазовых переходов первого рода // ДАН. 2009. Т. 429. № 3. С. 347.
  19. Lutsenko N.A. Numerical model of two-dimensional heterogeneous combustion in porous media under natural convection or forced filtration // Combustion Theory and Modelling. 2018. V. 22. No. 2. P. 359. doi: 10.1080/13647830.2017.1406617
  20. Crepeau J., Siahpush A.S. Solid–liquid phase change driven by internal heat generation // Comptes Rendus Mecanique. 2012. V. 340. P. 471. doi: 10.1016/j.crme.2012.03.004

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость положения границы фазового перехода в тепловыделяющем цилиндре от интенсивности тепловыделения (Q) и интенсивности охлаждения (числа рядом с кривыми, Pe0) для Bi = 20 и κ = 1: (а) постоянная скорость течения; (б) постоянный расход.

Скачать (24KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024