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Erschienen in: Flow, Turbulence and Combustion 4/2024

15.02.2024 | Research

Study of the Large Local Specific Heat Capacity Impact on Turbulent Heat Transfer at Supercritical Pressure

verfasst von: Teng Wan, Pinghui Zhao, Yuanjie Li, Changhong Peng

Erschienen in: Flow, Turbulence and Combustion | Ausgabe 4/2024

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Abstract

The specific heat capacity of supercritical fluids (SCFs) exhibits a sharp variation near the pseudo-critical temperature, resulting in the emergence of a localized region characterized by significantly large specific heat capacity within SCF flows. To comprehensively examine the influence of this prominent local specific heat capacity on turbulence and heat transfer in SCF flows, a series of direct numerical simulations are executed under supercritical pressure conditions, with an inlet bulk Reynolds number of \({Re}_{in}= 2700\). Four cases sharing identical geometry yet differing in thermophysical properties are simulated and systematically compared after isolating the specific heat capacity from the other thermophysical factors. The findings reveal that the large local specific heat capacity results in heightened enthalpy fluctuations and fosters the enhancement of turbulent heat transfer. Furthermore, an observed quenching effect attributed to the substantial local specific heat capacity becomes evident within the near-wall region, stemming from fluctuations in thermal diffusivity. Notably, the decomposition of wall heat flux underscores the significant influence of the large local specific heat capacity on the primary turbulent heat flux governing SCF heat convection. The impact exhibits a nuanced complexity, simultaneously manifesting in a simultaneous increase in mean enthalpy gradient and reduction in turbulence.

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Literatur
Zurück zum Zitat Kawamura, H., Abe, H., Shingai, K.: DNS of turbulence and heat transport in a channel flow with different Reynolds and Prandtl numbers and boundary conditions. Turbulence Heat Mass Transf. 3, 15–32 (2000) Kawamura, H., Abe, H., Shingai, K.: DNS of turbulence and heat transport in a channel flow with different Reynolds and Prandtl numbers and boundary conditions. Turbulence Heat Mass Transf. 3, 15–32 (2000)
Zurück zum Zitat Zhao, P., Wan, T., Jin, Y., Chen, Z., Li, Y., Peng, C.: Direct numerical simulation analysis of heat transfer deterioration of supercritical fluids in a vertical tube at a high ratio of heat flux to mass flowrate. Phys. Fluids 33(5), 055114 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0046863CrossRef Zhao, P., Wan, T., Jin, Y., Chen, Z., Li, Y., Peng, C.: Direct numerical simulation analysis of heat transfer deterioration of supercritical fluids in a vertical tube at a high ratio of heat flux to mass flowrate. Phys. Fluids 33(5), 055114 (2021). https://​doi.​org/​10.​1063/​5.​0046863CrossRef
Zurück zum Zitat Chu, X., Laurien, E.: Investigation of convective heat transfer to supercritical carbon dioxide with direct numerical simulation. In: High Performance Computing in Science and Engineering, vol. 15, pp. 315–331. Springer International Publishing (2016). https://doi.org/10.1007/978-3-319-24633-8_21 Chu, X., Laurien, E.: Investigation of convective heat transfer to supercritical carbon dioxide with direct numerical simulation. In: High Performance Computing in Science and Engineering, vol. 15, pp. 315–331. Springer International Publishing (2016). https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-319-24633-8_​21
Metadaten
Titel
Study of the Large Local Specific Heat Capacity Impact on Turbulent Heat Transfer at Supercritical Pressure
verfasst von
Teng Wan
Pinghui Zhao
Yuanjie Li
Changhong Peng
Publikationsdatum
15.02.2024
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Flow, Turbulence and Combustion / Ausgabe 4/2024
Print ISSN: 1386-6184
Elektronische ISSN: 1573-1987
DOI
https://doi.org/10.1007/s10494-024-00529-3

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