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物理学 > 流体动力学

arXiv:2507.08515 (physics)
[提交于 2025年7月11日 ]

标题: 通道内加热对温度分布的影响

标题: Impacts of internal heating on temperature distribution in channels

Authors:Lubomír Bureš, Per Nilsson
摘要: 在熔盐燃料反应堆系统中,流体除了从周围结构中移除热量外,还可能经历显著的体积热生成。 为了量化这些效应,我们采用一种系统性的多尺度方法,包括直接数值模拟(DNS)、大涡模拟(LES)和半解析求解器(SAS),研究具有内部加热的通道流动。 首先,在不同普朗特数和雷诺数的湍流平行板配置中对DNS和LES进行比较,展示了流动和热场方面的良好一致性,SAS方法表现出可接受的准确性。 在此基准测试的基础上,SAS工具被用于探索广泛的参数空间,提供了关于内部热沉积如何影响雷诺数和普朗特数下温度分布的见解。 还与典型的壁面加热情况进行了比较,结果表明在湍流条件下体积加热通常是一个次要效应,但在较低雷诺数、较高普朗特数或几乎全部热量都沉积在流体中时,其影响可能更加明显。 这些发现为液态燃料反应堆分析中的降阶建模提供了指导,并强调了内部加热需要特别关注的情况。 本文最后概述了正在进行和未来的研究方向,包括对可变流体属性的改进和复杂几何扩展。
摘要: In molten-salt-fuelled reactor systems, the fluid may experience substantial volumetric heat generation in addition to heat removal from surrounding structures. To quantify these effects, we investigate developed channel flow with internal heating using a systematic multi-scale approach comprising Direct Numerical Simulation (DNS), Large Eddy Simulation (LES), and a semi-analytical solver (SAS). First, DNS and LES are compared in a turbulent parallel-plate configuration at different Prandtl and Reynolds numbers, demonstrating excellent agreement in flow and thermal fields, with the SAS method showing acceptable accuracy. Building on this benchmarking, the SAS tool is then employed to explore a broad parameter space, offering insights into how internal heat deposition modifies the temperature distribution across Reynolds and Prandtl numbers. Comparisons are also drawn against the canonical wall-heating scenario, revealing that volumetric heating often remains a secondary effect in turbulent regimes but can become more pronounced at lower Reynolds numbers, higher Prandtl numbers, or when nearly all heat is deposited in the fluid. These findings establish guidelines for reduced-order modeling in liquid-fuel reactor analyses and highlight conditions under which internal heating warrants particular attention. The paper concludes by outlining ongoing and future research directions, including refinements for variable fluid properties and complex geometry extensions.
评论: 14页,5张图,作者的原始手稿,一篇被接受在NURETH-21会议展示的论文
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2507.08515 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2507.08515v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.08515
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Lubomir Bures [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 11 日 12:01:19 UTC (75 KB)
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