柯汉兵
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刘迎文
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何雅玲
工程热物理学报
本文在可压缩SIMPLE算法的基础上,基于先求解二维热声谐振腔内的速度场和温度场,然后利用求出的速度和温度值求解组分浓度场的思路,对混合工质的热声分离现象进行了数值研究.研究结果表明:在热声效应和热扩散效应共同作用下,声波能够将混合物中的两种气体分别泵向谐振腔的压力腹点和节点,使得混合气体在声波传播方向上逐渐分离.另外,通过考察5种不同管径下谐振管内径向浓度的变化规律,详细研究了浓度边界层在径向上的影响范围以及不同管径下的分离效率,并提出最佳管径应为16倍浓度渗透深度左右.
关键词:
热声分离
,
数值模拟
,
热扩散
,
混合工质
柯汉兵
,
何雅玲
工程热物理学报
在充满二元混合气体的声波谐振管中,振荡的气体会在径向上建立振荡的温度梯度,径向的温度梯度会引起两种组分的分子沿着不同方向进行扩散,在这种热扩散效应和热声效应的共同作用下,声波能够把混合气体中的两种组分分别带向谐振腔的速度节点和压力节点,使得混合气体在声波传播方向上逐渐分离。为了研究热声分离过程的机理,本文对一个半波长的声波谐振管进行了二维的建模,并基于可压缩的SIMPLE算法,通过求解He-Ar混合气体的速度场、温度场和一种组分的浓度场,对谐振腔内的传热传质过程进行了详细的数值模拟研究。数值模拟结果与文献的理论计算值进行了比较,结果符合良好。随后,通过研究一个周期内径向上的温度、速度和Ar的摩尔分数分布,揭示了径向上的热扩散过程,以及中间气体与边界层内气体之间的热质交换过程,完整地解释了热声分离过程的发生机理。
关键词:
热声分离
,
热扩散效应
,
数值模拟
,
混合工质
