Numerical correlation for thermal conduction in packed beds

Authors

  • Kurt O. Lund,

    Corresponding author
    1. Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering, Center for Energy and Combustion Research, University of California, La Jolla, CA 92093-0411
    • Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering, Center for Energy and Combustion Research, University of California, La Jolla, CA 92093-0411
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  • Huy Nguyen,

    1. Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering, Center for Energy and Combustion Research, University of California, La Jolla, CA 92093-0411
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  • Stephen M. Lord,

    1. SML Associates, 109 Peppertree Lane, Encinitas, CA 92024
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  • Chrystal Thompson

    1. SML Associates, 109 Peppertree Lane, Encinitas, CA 92024
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Abstract

The numerical conduction of heat in packed beds of particles is investigated, including the effects of inter-particle microasperity gaps and deformation contacts. A detailed numerical model of two half spheres in contact with interstitial fluid is constructed, including asperity (roughness) gaps and deformation contacts on the respective orders of 5 μm and 100 μm for 1 mm particle diameters. The resulting heat flux distributions at the diametrical planes of the particles are integrated to yield the overall thermal conductance, K, or resistance, R = 1/K, between the two diametrical planes. The results show K to be strongly dependent on the interstitial fluid gap and the deformation contact diameter, as well as on fluid and solid conductivities. The effective bed conductivity, ke, is determined as a function of K and the void fraction, and correlated in terms of bed parameters. The resulting ke correlation agrees well with published experimental data over a wide range of substances and temperatures.

Abstract

On étudie la conduction numérique de la chaleur dans des lits garnis de particules, incluant les effets des écarts de microaspérité inter-particules et les contacts de déformation. Un modèle numérique détaillé de deux demi-spères en contact avec un fluide interstitiel est mis au point, qui inclut les aspérités (rugosité) et les contacts de déformation respectivement de 5 μm et 100 urn pour des diamètres de particules de 1 mm. Les distributions de flux de chaleur résultant dans le plan diamétral des particules sont intégrées afin d'établir la conductance thermique, K, ou la résistance, R = 1/K, entre les deux plans diamétrals. Les résultats montrent que K est fortement dépendant de l'espace fluide interstitiel et du diamètre de contact de déformation, et des conductivités du fluide et des solides. La conductivité effective du lit, k, est déterminée en fonction de K et de la fraction de vide et corrélée en termes de paramètres de lit. La corrélation k résultante concorde bien avec des données expérimentales publiées pour une vaste gamme de substances et de températures.

Ancillary