Nová numerická formulace zdrojového člene v konvektivním přenosu tepla mezi tekutinou a pevnou porézní matricí.

New Numerical Treatment of Source Term in Convective Transfer of Heat between Fluid and Porous Solid Matrix

journal article in Web of Science

en

This paper reports a novel formulation of convective heat transfer source term for the case of flow through porous medium. The new approximation is shown to provide superior performance over standard explicit and implicit formulations. The novel formulation is obtained by analytical solution of an idealized dual problem. Computations are performed by dedicated tool for fixed bed combustion named GRATECAL and developed by the authors. However, the proposed method can also be applied to other porous media flow problems. The new source term formulation is unconditionally stable and it respects exponential decay of temperature difference between the fluid and porous solid medium. The results of this work are applicable in the simulation of convective heat transfer between the fluid and porous medium. Applications include e.g. fixed bed combustion, catalytic reactors and lime kilns. The reported solution is believed to be original. It will be useful to all involved in numerical simulations of fluid flow in porous media with convective heat transfer.

Tato práce uvádí novou formulaci zdrojového členu konvekčního přenosu tepla pro případ průtoku porézním médiem. O nové aproximaci bylo prokázáno, že poskytuje vynikající výkon ve srovnání se standardní explicitní a implicitní formulací. Nová formulace byla získána analytickým řešením idealizovaného duálního problému. Výpočty byly prováděny specializovaným nástrojem pro spalování v pevném loži s názvem GRATECAL, vyvinutéým autory. Avšak navrhovaný způsob může být aplikován i na jiné problémy proudění porézním médiem. Nová formulace zdrojového člene je bezpodmínečně stabilní a respektuje exponenciální pokles teplotního rozdílu mezi tekutinou a pevným porézním médiem. Výsledky této práce jsou použitelné v simulaci konvektivního přenosu tepla mezi tekutinou a porézním médiem. Aplikace zahrnují např. spalování tuhých paliv na roštu, katalytické reaktory a vápenky. Představené řešení je dle dostupných informací originální. Bude užitečné pro všechny, kdo se zabývají numerickými simulacemi proudění tekutin v porézních médiích s konvektivním přenosem tepla.

This paper reports a novel formulation of convective heat transfer source term for the case of flow through porous medium. The new approximation is shown to provide superior performance over standard explicit and implicit formulations. The novel formulation is obtained by analytical solution of an idealized dual problem. Computations are performed by dedicated tool for fixed bed combustion named GRATECAL and developed by the authors. However, the proposed method can also be applied to other porous media flow problems. The new source term formulation is unconditionally stable and it respects exponential decay of temperature difference between the fluid and porous solid medium. The results of this work are applicable in the simulation of convective heat transfer between the fluid and porous medium. Applications include e.g. fixed bed combustion, catalytic reactors and lime kilns. The reported solution is believed to be original. It will be useful to all involved in numerical simulations of fluid flow in porous media with convective heat transfer.

Convective heat transfer, flow in porous media, source term, fixed bed combustion

15.01.2016

Emerald Group Publishing

0961-5539

26

2

409–426

19