הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הדמיית CFD של כפור על משטחים קרים אופקיים

574 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68133

⸱

12 בספטמבר 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1School of Municipal and Environment Engineering, Shenyang Jianzhu University, 2Shenyang Polytechnic College, 3Laboratory of Thermo-fluid Science and Nuclear Engineering, School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים מודל מספרי להדמיית היווצרות כפור על משטחים קרים אופקיים באמצעות מודל רב-פאזי אוילרי עם גישת שינוי פאזה לי. המודל מעדכן באופן דינמי את שבר נפח הכפור כדי ללכוד את וריאציה של הצפיפות ומאומת מול נתונים ניסיוניים על עובי הכפור, צפיפות ותפוצה.

תקציר

היווצרות כפור היא תופעה שכיחה הנצפית בתחומים רבים ושונים, כולל קירור, בנייה ועיבוד גז טבעי. עם זאת, בשל אופיו המורכב, פיתוח מודל מספרי מדויק ואמין נותר אתגר משמעותי. למרות מאמצים קודמים להתמודד עם נושא זה, לדגמים הנוכחיים עדיין יש מגבלות מסוימות. מאמר זה מציג מודל מספרי שונה להיווצרות כפור, שפותח על בסיס המנגנונים הבסיסיים העומדים בבסיס היווצרות הכפור. המודל משתמש בגישת זרימה רב-פאזית אוילרית יחד עם מודל שינוי הפאזה של לי. בנוסף, הגישה לקביעת שבר נפח הכפור המרבי מתעדכנת, ומאפשרת למודל לשקול שינויים בצפיפות במהלך תהליך הציפוי. המודל מאומת בקפדנות על ידי השוואה לנתונים ניסיוניים על עובי, צפיפות והתפלגות ממחקרים שונים. התוצאות מצביעות על כך שהסטייה היחסית המוחלטת הממוצעת (MARD) לעובי הכפור היא 8.97%, בעוד שה-MARD לצפיפות הוא 16.06%. יתר על כן, מורפולוגיה של הכפור שנחזה על ידי המודל תואמת מאוד את התצפיות הניסיוניות שדווחו בהפניה.

מבוא

היווצרות כפור היא תופעה שכיחה שנצפתה בתחומים רבים ושונים. הצטברות הכפור על משטחי מחליף החום פוגעת משמעותית ביעילות העברת החום1, חוסמת את זרימת הנוזלים ומשבשת את הביצועים הכוללים של מחליפי חום2, ובסופו של דבר מעכבת את פעולתם הרגילה3. לכן, הבנת המנגנונים וההתנהגות של היווצרות כפור היא קריטית לטיפול בבעיה זו במערכות קירור4. בעשורים האחרונים הוקדש גוף מחקר משמעותי לחקירת הגורמים והמאפיינים של היווצרות כפור במערכות אלה.

מחקרים ניסיוניים הראו כי היווצרות הכפור מושפעת מגורמים שונים, כולל טמפרטורת האוויר, הלחות וטמפרטורת המשטח הקר 5,6,7,8,9,10. ממצאים ניסיוניים רבים הצביעו על כך שטמפרטורות אוויר נכנסות נמוכות יותר נוטות לגרום לשכבות כפור עבות יותר6, בעוד שרמות לחות גבוהות יותר תורמות להיווצרות שכבות כפור צפופות יותר7. סונג ואחרים חקרו היווצרות כפור על משטחים אופקיים ומצאו כי שינויי טמפרטורה מחזוריים של המשטח הקר עלולים לגרום להתכה בממשק שכבת הכפור, מה שמשפיע באופן משמעותי על קצב היווצרות הכפור, עובי שכבת הכפור וצפיפות הכפור הדינמית8. מחקר אחר בחן הן את המורפולוגיה והן את התפלגות הכפור. ג'ונג ועמיתיו הבחינו בניסויים שלהם כי כפור נוצר בתחילה ליד המפרץ, מה שמוביל להתרחשות תופעה המכונה גבעת כפור9. נורשמס ועמיתיו חקרו היווצרות כפור על משטח צינור עגול אופקי ומצאו כי שכבות הכפור על המשטחים הקדמיים והאחוריים של הגליל היו עבות יותר מאלו שעל המשטחים העליונים10. בנוסף, מספר מחקרים 11,12,13,14,15,16 פיתחו מודלים לחיזוי עובי שכבת הכפור החד-ממדית, תוך שימוש בדפוסי היווצרות כפור ניסיוניים יחד עם גישות תיאורטיות ואמפיריות כאחד. ג'ונס ופארקר פיתחו מודל חיזוי לעובי הכפור המבוסס על תיאוריית הדיפוזיה המולקולרית11. הפער בין המודל שלהם לנתוני הניסוי נותר מתחת ל-30% במשך תקופה של 3 שעות. עם התקדמות הטכנולוגיה החישובית, מספר הולך וגדל של חוקרים פנו לדינמיקת נוזלים חישובית (CFD) להדמיית היווצרות כפור. בניגוד למודלים חד מימדיים מסורתיים, סימולציות CFD מספקות יתרונות משמעותיים, במיוחד בהדמיית התפלגות עובי הכפור ופרופילי הטמפרטורה. Cui et al. ביצעו סימולציות CFD של היווצרות כפור בהתבסס על תורת הגרעין12. התחזיות שלהם לגבי עובי הכפור הראו סטייה של פחות מ-13% מנתוני הניסוי שסופקו על ידי Lenic et al.13. במקביל, מחקרי CFD על עיבוי בצינורות מובנים הראו כי תכונות גיאומטריות כמו גומות14 או גומות סליליות15 משפרות את העברת החום והמסה המקומית. לאחרונה, You et al.16 פיתחו מודל CFD דינמי מבוסס רשת המאפיין את שכבת הכפור כמדיום נקבובי צומח ומשלב דיפוזיה של אדים ישירות, תוך השגת סטייה יחסית של פחות מ-5% תוך שמירה על עלות חישובית נמוכה. ממצאים אלה מדגישים את הפוטנציאל של CFD בפתרון תופעות מורכבות של שינוי פאזה, ומציעים תובנות חשובות למודלים של היווצרות כפור.

לסיכום, מספר לא מבוטל של מחקרים 5,6,7,8,9,10,11,12,13 חקרו היווצרות כפור על משטחים קרים, ותרמו להבנה מתפתחת של דפוסי היווצרות כפור תחת פרמטרים שונים. למרות שפותחו מודלים מספריים מרובים, המשלבים ממדים ומנגנונים שונים, לעתים קרובות הם חסרים אימות מקיף. רוב המחקרים 6,7,8,9,10,11,12,13 מאמתים בעיקר מודלים המשתמשים בעובי הכפור, ומגבילים את תחולתם הרחבה יותר 16. כדי להתגבר על מגבלות אלה, מאמר זה מציג מודל מספרי המשלב את מודל שינוי הפאזה של לי ומודל הזרימה הרב-פאזי של אוילריאן, עם דגש על מנגנוני הליבה העומדים בבסיס היווצרות הכפור. יתר על כן, מוצגת שיטה חדשה לחישוב הגבול העליון של שבר נפח הכפור, תוך התחשבות בשינויים תלויי זמן בצפיפות הכפור, ובכך לטפל בחסרונות של דגמים קודמים. הדיוק והאמינות של המודל המוצע מוערכים מזוויות שונות, כולל עובי הכפור, תנודות צפיפות ודפוסי היווצרות כפור בתנאי ניסוי שונים. אימות נרחב זה מציע מסגרת תיאורטית חזקה לחיזוי מדויק יותר של התנהגות כפור ביישומים בעולם האמיתי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. מודל פיזי ורשת

  1. פתח את SpaceClaim, בחר בכרטיסייה Sketch ובחר באפשרות Rectangle תחת הפונקציה Create.
  2. צור מודל גיאומטרי דו-ממדי במישור XOY באורך של 500 מ"מ לאורך ציר ה-x ורוחב של 15 מ"מ לאורך ציר ה-y.
  3. פתח את ICEM, עבור אל קובץ הכרטיסייה, בחר בכרטיסייה גיאומטריה ולאחר מכן בחר את פתח גיאומטריה וייבא את מודל הגיאומטריה הדו-ממדית.
  4. בחר את הגבול של המודל הדו-ממדי, פתח את הפונקציה צור חלק תחת הכרטיסיה חלקים והקצה שמות לגבולות השונים.
  5. בחר את הכרטיסייה חסימה ולאחר מכן לחץ על צור בלוק. בחלון יצירת בלוק, סמן את האפשרות קבל שם חלק בירושה . לאחר מכן יש לעבור ללשונית יצירת בלוק ולבחור באפשרות אתחול בלוק.
  6. בכרטיסייה אתחול בלוקים, בחר חסימת משטח דו-ממדית כסוג וסמן אתחול עם הגדרות.
  7. תחת הכרטיסיה בחר, בחר משטח טופס עבור האפשרות שיטה. לאחר מכן, תחת 'משטחים', לחצו על הסמל 'בחר משטחים' ובחרו 'מישור דו-ממדי ' בחלון הגרפיקה.
  8. תחת הכרטיסייה חסימת משטח, בחר ממופה בעיקר עבור אפשרות השיטה, All Quad עבור סוג רשת הפנים החופשית, ו-ICEM CFD Quad עבור שיטת רשת הפנים החופשית.
  9. תחת הכרטיסיה מיזוג בלוקים על-פני עקומות, בחר הכל עבור השיטה והגדר את התעלם מגודל ל- 0.0.
  10. בכרטיסייה Pre-Mesh Params, תחת Meshing Parameters, לחץ על Edge Params. תחת Edge, לחץ על Select Edge(s) סמל ובחר את הקצה בכיוון X בממשק הגרפי.
  11. תחת פרמטרי הרשת, הגדר צמתים ל-500, מרווח 1 עד 1e+10, יחס 1 ל-2, מרווח 2 עד 1e+10, יחס 2 ל-2 ושטח מקסימלי ל-1e+10. לאחר מכן סמן את העתק פרמטרים אופציה.
  12. תחת האפשרות Meshing Parameters, הגדר את Mesh Law ל-BiGeometric ולחץ על החל. בכרטיסייה Pre-Mesh Params, תחת האפשרות Meshing Parameters, לחץ על Edge Params.
  13. לאפשרות Edge תחת Meshing Parameters, לחץ על הסמל Select Edge(s) ובחר את הקצה בכיוון y בממשק הגרפי.
  14. תחת פרמטרי הרשת, הגדר צמתים ל-150, מרווח 1 עד 1e+10, יחס 1 ל-2, מרווח 2 עד 1e+10, יחס 2 ל-2 ושטח מקסימלי ל-1e+10. לאחר מכן סמן את העתק פרמטרים אופציה.
  15. תחת האפשרות Meshing Parameters, הגדר את חוק הרשת ל-BiGeometric ולחץ על החל. תחת אפשרות חסימה, הפעל את פונקציית Pre-Mesh ולחץ על כן כאשר תתבקש.
  16. לחץ לחיצה ימנית על Pre-Mesh ולאחר מכן בחר המר לרשת לא מובנית מהתפריט תלוי-ההקשר.
  17. עבור אל הכרטיסיה רשת פלט ולחץ על הגדרת Solver. בתוכנית ההתקנה של Solver, בחר ANSYS Fluent כפותר ולחץ על החל.
  18. תחת הכרטיסיה פלט, לחץ על כתיבת קלט. בחלון חדש 1, לחץ על שמור; בחלון חדש 2, לחץ על כן ולאחר מכן על שמור; בחלון חדש 3, לחץ על פתח; ובחלון חדש 4, לחץ על סיום.

2. פעולת תוכנת סימולציה של היווצרות כפור

  1. פתח את Ansys Fluent. עבור אל קובץ הכרטיסיה ולאחר מכן בחר באפשרות רשת תחת קריאה. עבור לרשת קנה המידה, והגדר מ"מ תחת רשת נוצר ב. ההליך המוצג כאן מבוסס על תנאי הניסוי שהוגדרו במקרה 1 בטבלה 1.
  2. בהגדרות Solver, בחר סוג מבוסס לחץ , ניסוח מהירות מוחלטת וזמן חולף.
  3. הגדר את תאוצת הכבידה בכיוון ה-y ל-9.81. תחת מודלים, לחץ על אנרגיה והפוך את משוואת האנרגיה לזמינה.
  4. תחת Models, הפעל את Viscous ובחר k-epsilon (2 eqn). במקטע k-epsilon Model, בחר Standard.
  5. לטיפול קרוב לקיר, בחר פונקציות קיר סטנדרטיות. תחת המודל הרב-פאזי של המערבולת, בחר תערובת.
  6. תחת האפשרות קבועי דגם, הגדר CMU , C1-Epsilon , C2-Epsilon , TKE Prandtl Number , TDR Prandtl Number Dispersion Prandtl Number Distribution Number, Energy Prandtl Number Wall ו- Turbulent Schmidt Number כ- 0.09, 1.44 , 1.92 , 1 , 1.3 , 0.75 , 0.85 , 0.85 ו- 0.7 בהתאמה.
  7. תחת פונקציות המוגדרות על ידי המשתמש, הגדר את תערובת הצמיגות הטורבולנטית, שלב 1, שלב 2 לאף אחד. תחת מודלים, לחץ על מינים והפעל את הובלת מינים.
  8. בחלון מודל הובלת מינים, סמן את מקור האנרגיה של דיפוזיה ובחר שלב 1.
  9. תחת מודלים, הפעל ריבוי שלבים ובחר את המודל האוילריאני. בחלון המודל הרב-פאזי, בחר ניסוח פרמטרים של שבר נפח מרומז, והגדר את מספר השלבים האוילריאניים ל-2.
  10. בחלון מודל רב-שלבי, בחר בכרטיסייה שלבים, בחר שלב 1 - שלב ראשי, הגדר את שם כשלב 1 והגדר את חומר השלב לתבנית תערובת.
  11. בחלון מודל רב-שלבי, בחר בכרטיסייה שלבים, בחר שלב 2 - שלב משני, הגדר את שם כשלב 2, הגדר את חומר הפאזה לקרח והפעל גרעיני.
  12. בחלון הגדרת שלבים של הכרטיסייה שלבים, בחר מאפיין שלב כמודל טמפרטורה גרעיני, הגדר את קוטר ל- 0.0001.
  13. בחלון מאפיינים גרגיריים של הכרטיסייה שלבים, הגדר את צמיגות גרגירית ל-1e-05, הגדר את צמיגות תפזורת גרגירית ל-30, הגדר את לחץ המוצקים ל-lun-et-al, הגדר את הטמפרטורה הגרגירית לאלגברית, הגדר את צמיגות החיכוך ללא, הגדר את מגבלת האריזה להגדרה על ידי המשתמש, הגדר את ההתפלגות הרדיאלית ל-lun-et-al, הגדר את מודול האלסטיות לנגזרת.
  14. בכרטיסיה אינטראקציה בשלבים של חלון המודל הרב-שלבי, בחר את התגית כוחות . לאחר מכן בחר שלב 1, שלב 2, הגדר את המקדם לוון-יו.
  15. בכרטיסיה אינטראקציה בשלבים של חלון המודל הרב-שלבי, בחר את התגית כוחות . לאחר מכן בחר שלב 2, שלב 2, הגדר את מקדם ההשבה ל-0.9.
  16. בכרטיסיה אינטראקציה עם שלבים בחלון מודל רב-שלבי, בחר את הכרטיסיה אזור אינטראקציה . לאחר מכן בחר באפשרות ia-סימטרית .
  17. תחת תנאי גבול, לחץ על כניסה ובחר את הכרטיסיה שלב 1, הגדר את האפשרות שלב לשלב 1.
  18. בחלון כניסת המהירות של הכרטיסייה שלב 1, בחר בכרטיסייה מומנטום , הגדר את שיטת מפרט המהירות לגודל, נורמלי לגבול, הגדר את מסגרת הייחוס למוחלטת והגדר את גודל המהירות ל-0.6.
  19. בחלון כניסת מהירות של שלב 1, בחר תג תרמי , הגדר טמפרטורה ל-292.8. בחלון כניסת מהירות של תג שלב 1, בחר תג מינים , הגדר את h2o כ- 0.008202.
  20. תחת תנאי גבול, לחץ על כניסה ובחר תג שלב 2 , הגדר את אפשרות שלב כשלב 2.
  21. בחלון כניסת המהירות של תג שלב 2, בחר תג מומנטום , הגדר את שיטת מפרט המהירות כ'גודל, נורמלי לגבול', הגדר את מסגרת הייחוס כמוחלטת, הגדר את גודל המהירות כ-0, הגדר את הטמפרטורה הגרעינית כ-0.0001.
  22. בחלון כניסת המהירות של תג שלב 2, בחר בכרטיסייה תרמית , הגדר את הטמפרטורה ל-273. בחלון כניסת מהירות של תג שלב 2, בחר בכרטיסייה רב-פאזית , הגדר את שבר נפח ל- 0.
  23. תחת תנאי הגבול, לחץ על שקע ובחר תג שלב 1 , הגדר את אפשרות שלב לשלב 1.
  24. בחלון יציאת הלחץ של הכרטיסייה שלב 1, בחר בכרטיסייה תרמית , הגדר את הטמפרטורה הכוללת של זרימה חוזרת ל-300.
  25. בחלון יציאת לחץ של הכרטיסייה שלב 1, בחר בכרטיסייה מינים , הגדר את h2o ל-0. תחת תנאי גבול, לחץ על שקע ובחר את הכרטיסייה שלב 2, הגדר את האפשרות שלב לשלב 2.
  26. בחלון יציאת הלחץ של הכרטיסייה שלב 2, בחר בכרטיסייה תרמית והגדר את הטמפרטורה הכוללת של זרימה חוזרת ל-300.
  27. בחלון יציאת לחץ של הכרטיסייה שלב 2, בחר בכרטיסייה רב-פאזי , הגדר את טמפרטורת הזרימה החוזרת ל-0.0001, הגדר את שיטת מפרט שבר הנפח לשבר נפח זרימה חוזרת והגדר את שבר נפח זרימה חוזרת ל-0.
  28. 2.28 תחת תנאי הגבול, לחץ על קיר ובחר בלשונית הקיר הקר , הגדר את שלב אפשרות לערבוב.
  29. בחלון הקיר של לשונית הקיר הקר, בחר בכרטיסייה מומנטום , הגדר את אפשרות תנועת הקיר לקיר נייח, הגדר את אפשרות דגמי חספוס הקיר לסטנדרט, הגדר את גובה החספוס ל-0 והגדר את קבוע החספוס ל-0.5.
  30. בחלון הקיר של לשונית הקיר הקר, בחר בכרטיסייה תרמית , בחר טמפרטורה כתנאים תרמיים, הגדר את הטמפרטורה ל-252.65 והגדר את החומר לפלדה.
  31. תחת הפתרון, לחץ על שיטות ופתח את החלון שיטות פתרון. בחלון שיטות פתרון, בחר Phase Coupled SIMPLE כ-Pressure-Velocity Coupling Scheme, בחר Least Squares Cell Based as Gradient Spatial Discretization, בחר Second Order כדיסקרטיזציה מרחבית של לחץ, בחר First Order Upwind כדיסקרטיזציה מרחבית של צפיפות, בחר First Order Upwind כדיסקרטיזציה מרחבית של מומנטום, בחר סדר ראשון Upwind כדיסקרטיזציה מרחבית של שבר נפח, בחר סדר ראשון Upwind כ דיסקרטיזציה מרחבית של אנרגיה קינטית טורבולנטית, בחר סדר ראשון במעלה הרוח כדיסקרטיזציה מרחבית של קצב פיזור טורבולנטי, בחר סדר ראשון במעלה הרוח כדיסקרטיזציה מרחבית של אנרגיה, בחר סדר ראשון במעלה הרוח כדיסקרטיזציה מרחבית שלב 1 h2o, בחר סדר ראשון מרומז כניסוח חולף.
  32. תחת הפתרון, לחץ על פקדים ופתח את החלון פקדי פתרון. הגדר את גורם תת-הרפיית הלחץ ל-0.4, הגדר את גורם תת-הרפיה של צפיפות ל-1, הגדר את גורם תת-הרפיה של כוחות הגוף ל-1, הגדר את גורם תת-הרפיה של המומנטום ל-0.4, הגדר את גורם תת-הרפיה של שבר הנפח ל-0.4, הגדר את גורם תת-הרפיה של טמפרטורה גרגירית ל-0.3, הגדר את גורם תת-הרפיה של אנרגיה קינטית טורבולנטית ל-0.3, הגדר את גורם תת-הרפיה של קצב פיזור טורבולנטי ל-0.3, הגדר את גורם תת-הרפיה של צמיגות טורבולנטית ל-0.3, הגדר את גורם תת-הרפיה של אנרגיה ל-0.4, הגדר את מקדם תת-הרפיה שלב 1 h2o ל-0.4.
  33. תחת הפתרון, לחץ על אתחול ופתח את החלון אתחול פתרון. בחר Standard Initialization כשיטת האתחול, בחר Relative to Cell Zone as Reference Frame.
  34. בחלון אתחול הפתרון, הגדר את לחץ המד ל-0, הגדר את האנרגיה הקינטית הטורבולנטית ל-0.00135, הגדר את קצב הפיזור הטורבולנטי ל-0.001143987, הגדר את שלב 1 X מהירות ל-0, הגדר את שלב 1 מהירות Y ל-0, הגדר את phase-1 h2o ל-0.008202, הגדר את שלב 2 X מהירות ל-0, הגדר את שלב 2 Y מהירות ל-0, הגדר את שלב 2 שבר נפח ל-0, הגדר את הטמפרטורה הגרגירית של שלב 2 ל-0.0001, הגדר את טמפרטורת שלב 2 ל-273. לאחר מכן, לחץ על אתחול.

3. תצורת עיבוד לאחר וייצוא נתונים

  1. תחת תוצאות, לחץ על קווי מתאר כדי לפתוח את החלון קווי מתאר. בחלון קווי מתאר, הפעל את האפשרויות מילוי, ערכי צומת, ערכי גבול, טווח כללי וטווח אוטומטי. בחר שלבים כקווי המתאר של סוג ובחר שבר נפח. לאחר מכן, בחר שלב 2 כשלב ולחץ על שמור/תצוגה.
  2. תחת פעילויות חישוב, לחץ על הנפשות פתרון כדי לפתוח את החלון הגדרת הנפשות.
  3. בחלון הגדרת אנימציות, הגדר את הקלט אחרי כל עד 1 ובחר שלב זמן. בחר HSF File כסוג האחסון. בחר קו מתאר-1 תחת אפשרויות אובייקט הנפשה ולאחר מכן לחץ על אישור.
  4. תחת תוצאות, בחר את משטחים אפשרות ולאחר מכן לחץ על משטח קו / מגרפה חדש אפשרות לפתוח את משטח קו / מגרפה חלון.
  5. בחלון Line/Rake Surface, הפעל את Line, הגדר את x0 [m] ל- 0.21, הגדר את x1 [m] ל- 0.21, הגדר את y0 [m] ל- 0, הגדר את y1 [m] ל- 0.015 ולאחר מכן לחץ על צור.
  6. תחת הכרטיסיה קובץ, בחר באפשרות במהלך החישוב תחת ייצוא. לאחר מכן, לחץ על נתוני פתרון כדי לפתוח את החלון ייצוא אוטומטי.
  7. בחלון ייצוא אוטומטי, בחר ASCII כסוג הקובץ. בחר מרכז תאים כמיקום, בחר רווח כמפריד. הגדר את ייצוא נתונים כל ל- 1 ולאחר מכן בחר שלב זמן. תחת האפשרות Surfaces, בחר line-1. תחת אפשרות כמויות, בחר צפיפות (שלב 2) ושבר נפח (שלב 2). לאחר מכן, לחץ על עיון, פתח את בחר קובץ חלון. תחת החלון בחר קובץ, לחץ על אישור. תחת החלון ייצוא אוטומטי, לחץ על אישור.
  8. תחת פעילויות חישוב, לחץ על שמירה אוטומטית (כל זמן זרימה) כדי לפתוח את החלון שמירה אוטומטית. לאחר מכן הגדר את Save Data File Every [s] ל- 100, בחר Flow Time, בחר Only if Modified כסוג Save Associated Case Files ולחץ על OK.
  9. תחת הפתרון, לחץ על הפעל חישוב כדי לפתוח את החלון הפעל חישוב. לאחר מכן בחר קבוע כסוג התקדמות הזמן וצוין על-ידי המשתמש כשיטת קידום הזמן.
  10. בחלון הפעל חישוב, הגדר את מספר שלבי הזמן ל-7200, הגדר את גודל צעד הזמן ל-1, הגדר את מקסימום חזרות/שלב זמן ל-20, הגדר את מרווח הדיווח ל-1 והגדר את מרווח זמן לעדכון פרופיל ל-2. לאחר מכן, לחץ על חשב.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

המודל המספרי המוצע לוכד ביעילות את המאפיינים העיקריים של היווצרות הכפור. הוא מבוסס על המנגנונים הבסיסיים העומדים בבסיס צמיחת הכפור ומשתמש בגישת זרימה רב-פאזית אוילריאנית, יחד עם מודל שינוי הפאזה של לי. גישה זו מאפשרת למודל לעדכן את שבר נפח הכפור המרבי, ובכך לקחת בחשבון את שינויי הצפיפות לאורך תהליך הציפוי. הסימולציות מראות כי המודל מאומת בקפדנות על ידי השוואת התחזיות שלו לגבי עובי, צפיפות והתפלגות הכפור עם נתונים ניסיוניים ממחקרים שונים. יתר על כן, מורפולוגיה של הכפור שנחזה על ידי המודל תואמת באופן הדוק לתצפיות ניסיוניות...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

מחקר זה מפתח מודל מספרי המסוגל לדמות היווצרות כפור על משטח קר אופקי בטמפרטורה נמוכה על ידי התאמה דינמית של הגבול העליון של שבר הנפח בהתאם לזמן ולתנאי ההפעלה, ובכך לשחזר שינויים בצפיפות הכפור. למרות שהאימות המוצג כאן מוגבל לטמפרטורות קונבנציונליות של משטח קר, המודל מבטיח כי הסטייה המקסימלית בין עובי הכפור המדומה לניסיוני אינה עולה על -20% (MARD = 8.97%), וכי הסטייה המקסימלית בצפיפות הכפור היא בטווח של 29.72% (MARD = 16.06%). יתר על כן, התפלגות הכפור המדומה תואמת מאוד לתצפיות ניסיוניות. לת...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי לא ידוע על אינטרסים פיננסיים מתחרים או קשרים אישיים שיכולים היו להשפיע על העבודה המדווחת במאמר זה.

תודות

מחקר זה נתמך על ידי (XLYC2203184), (U23A20657) ו-(LJ222410153082).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
משוטףאנסיס
ICEMמערכת דאסו
תביעת חללאנסיס

מקורות

  1. Saygin, A., Basol, A. M., Arik, M. An experimental study on the frost formation over a flat plate: Effect of frosting on heat transfer. Exp Therm Fluid Sci. 144, 110862(2023).
  2. Fang, X., et al. A new frictional pressure drop correlation based on flow patterns for hydrocarbon refrigerants condensation flow. Int J Refrig. 170, 214-223 (2025).
  3. Rong, X., et al. Experimental study on a multi-evaporator mutual defrosting system for air source heat pumps. Appl Energy. 332, 120528(2023).
  4. Jia, Y., Xu, X., Li, Y., Liang, X., Yao, M. Experimental studies on frost and defrost of fine tube bundles under coolant temperature between −20 and −5 °C. Int J Heat Mass Transf. 116, 617-620 (2018).
  5. Song, M., Dang, C. Review on the measurement and calculation of frost characteristics. Int. J. Heat Mass Transf. 124, 586-614 (2018).
  6. Lee, J., Lee, K. -S. The behavior of frost layer growth under conditions favorable for desublimation. Int J Heat Mass Transf. 120, 259-266 (2018).
  7. Lee, Y. B., Ro, S. T. Frost formation on a vertical plate in simultaneously developing flow. Exp Therm Fluid Sci. 26 (8), 939-945 (2002).
  8. Mengjie, S., Shangwen, L., Hosseini, S. H., Xiaoyan, L., Zhihua, W. An experimental study on the effect of horizontal cold plate surface temperature on frosting characteristics under natural convection. Appl Therm Eng. 211, 118416(2022).
  9. Jeong, H., Byun, S., Kim, D. R., Lee, K. S. Frost growth mechanism and its behavior under ultra-low temperature conditions. Int J Heat Mass Transf. 169, 120941(2021).
  10. Barzanoni, Y., Noorshams, O., Basirat Tabrizi, H., Damangir, E. Experimental investigation of frost formation on a horizontal cold cylinder under cross flow. Int J Refrig. 34 (4), 1174-1180 (2011).
  11. Jones, B. W., Parker, J. D. Frost formation with varying environmental parameters. J Heat Transf. 97 (2), 255-259 (1975).
  12. Cui, J., Li, W. Z., Liu, Y., Jiang, Z. Y. A new time- and space-dependent model for predicting frost formation. Appl Therm Eng. 31 (4), 447-457 (2011).
  13. Lenic, K., Trp, A., Frankovic, B. Transient two-dimensional model of frost formation on a fin-and-tube heat exchanger. Int J Heat Mass Transf. 52 (1-2), 22-32 (2009).
  14. Yu, J., Huo, R., Shen, H., Li, X., Zhu, Z. A simulation study on the condensation flow and thermal control characteristics of mixed refrigerant in a dimpled tube. Appl Therm Eng. 231, 120889(2023).
  15. Yu, J., Jiang, Y., Cai, W., Li, X., Zhu, Z. Condensation flow patterns and heat transfer correction for zeotropic hydrocarbon mixtures in a helically coiled tube. Int J Heat Mass Transf. 143, 118500(2019).
  16. You, Y., Wang, S., Lv, W., Chen, Y., Gross, U. A CFD model of frost formation based on dynamic meshes technique via secondary development of ANSYS Fluent. Int J Heat Fluid Flow. 89, 108807(2021).
  17. Cai, W., Fang, X., Li, S., Qiu, G. A modified CFD model for frosting on a horizontal plate. Int J Heat Mass Transf. 229, 125726(2024).
  18. Boyina, K. S., et al. Condensation frosting on meter-scale superhydrophobic and superhydrophilic heat exchangers. Int J Heat Mass Transf. 145, 118694(2019).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Lee
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.