Numerical Modeling of Heat Transfer Due to Particle Impact on a Wall

벽면에서의 입자 고찰에 의한 열전달 수치 모델

A numerical study was undertaken to clarify the mechanisms of heat transfer in fluid-particle suspension flows. Such flows, including fluidization, are of considerable industrial importance. The present study uses 2-D numerical computations of collisions of normal incidence between a particle and a wall. By comparing the results using (a) adiabatic boundary conditions on the particle and (b) uniform, elevated temperature conditions on the particle, the contributions of fluid-mediated conduction and particle induced convection were successfully separated. Computational expedience led to the use of a transient conduction thermal layer as the background thermal field for the analysis. The results shows that the effect of particle movement is very small until the particle reaches a distance of one to one half diameter away from the wall. The gas-mediated conduction effect is dominant over the induced gas convection effect when Pe is small and the induced gas convection effect becomes significant as Pe increases.

보일러 및 연소로 등에서의 부유체 환경에서 입자와 벽면 사이의 열전달 현상을 규명하기 위한 수치적인 모델링을 행하였다. 본 연구에서는 벽면에 수직 충돌하는 입자에 의한 열전달 현상을 알아보기 위해 2차원 모델을 사용하였다. 입자표면에서 단열된 경계조건과 등온의 경계조건을 사용한 결과를 비교함으로써, 입자가 벽면에 충돌할 때 유체를 매개로한 전도와 입자에 의해 야기된 대류 현상을 비교할 수 있었다. 계산 결과, 입자가 벽면에 충돌하기 직전에는 입자 크기의 반정도의 거리에 도달할 때까지는 입자의 영향이 별로 없고, 충돌하고 난 후에 영향이 많았다. 또한, Pe 수가 작을 때는 유체를 매개로 한 전도가 지배적이며, Pe 수가 증가할수록 야기된 대류의 효과가 점차 증가하였다