湍流流体横掠多孔介质的自由流与多孔介质间滑移特性的研究

发布时间：2020-12-09 01:02

　　内部具有孔隙的固体物质称为多孔介质,通常大自然中的多孔介质具有复杂的孔隙结构,很难用模型或者参数去表征。多孔介质和流体的耦合流动过程中的物质输运问题广泛应用于从生物学到地球物理学等多学科中。例如河床的孔隙尺度会影响溶质在河流中的运移和分散;细胞膜的渗透性对细胞内物质的交换有着至关重要的作用;地质层的孔隙结构会影响石油的开采率。更好的认识多孔介质内部流体的滑移规律和流动特性,对很多领域和行业都会有很大的帮助,因此对流体和多孔介质耦合流动的研究具有重要的意义。尤其是湍流横掠多孔介质时交界面处的边界条件并没有成熟的理论研究,仍然需要深入的研究和探索。本文基于前人的研究基础,采用数值模拟和实验研究相结合的方法研究了湍流流体横掠多孔介质的流速分布、滑移规律以及传质机理。本文建立纯流体和多孔介质的流动区域三维数值模型,通过挖空固态相形成孔隙结构通道的方式构建多孔介质区域的三维模型。采用单域法进行模拟,即在纯流体和多孔介质区域使用相同的控制方程,因此不需要在流-固交界面处再进行边界条件的处理。将三维模型导入Fluent软件中并使用标准k-ε模型来闭合方程组,通过变化仿真的参数来研究孔隙率、相对水深和... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１自然界中存在的多孔介质结构??环路热管是具有极高传热性能的元件，由蒸发器、冷凝器、储液??器和蒸汽液体管道组成

?山东大学硕士学位论文???ｌｉ７??麟??＾￣Ｑ??图１－２流体横掠多孔介质流速分布示意图??Ｐ｛ｕｂ￣Ｑ）?（１－６）??其中为流－固交界面处的滑移速度，２为多孔介质内部横截面的??平均流速，为滑移系数。另外Ｂｅａｖｅｒｓ和Ｊｏｓｅｐｈ在矩形的流体通道??中放置由多孔块组成的多孔介质进行实验研宄验证了上述的滑移速??度经验公式。??继交界面边界条件研宄的先驱后，很多学者提出了不同的处理方??法。Ｎｅａｌｅ及Ｎａｄｅｒ１３３１、Ｖａｆａｉ及Ｋｉｍ｜３４Ｈ人为自由流和多孔介质交界面??处速度和剪力需要进行同时连续的处理。Ｏｃｈｏａ－Ｔａｐｉａ和Ｗｈｉｔａｋｅｒ［３５’３６】??在交界面的研究中，利用体积平均法对不同的区域进行表征分别得到??了其控制方程，通过不同控制方程之间的差异提出了在交界面处的应??力跳跃边界条件：??丄生－生??５ｙｆ?４ｋ?ｌｉｎｕｒ??式中ｓ为孔隙率，为渗透率，被认为是应力跳跃系数的定义。??并且Ｏｃｈｏａ－Ｔａｐｉａ和Ｗｈｉｔａｋｅｒ预测应力跳跃系数的取值范围是??［－１，１．４７］〇??Ｃｈａｎｄｅｓｒｉｓ及Ｊａｍｅｔ１３７１在自由流和多孔介质之间引入了非均句相??９??

图１－３多种实验测速系统或装置??经过科技的快速发展，后来逐渐出现了很多可以非侵入的测量流??体速度的直接测量装置


本文编号：2905983