多因素下多孔介质内流体流动与传热研究

发布时间：2017-10-23 11:22

  本文关键词：多因素下多孔介质内流体流动与传热研究

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【摘要】：多孔介质中的流动和传热问题在建筑节能、室内环境控制中广泛存在并产生着重要的影响和作用。本文运用数值计算和实验研究方法对多孔介质内流体流动与传热受孔隙率分布、导热系数比值等因素的影响进行研究,为建筑节能新技术应用提供一定参考。首先,针对孔隙率均匀分布和非均匀分布情况下多孔介质传热问题进行实验与数值研究。结果发现：初始阶段,多孔介质中的温度分布受初始温度分布的影响；当过程进行到一定时候,多孔介质初始温度分布影响消失,上层温度较高,下层温度较低；加热孔隙率小侧呈现导热表现明显状态,加热孔隙率大侧呈现对流表现明显状态。其次,采用数值计算的方法对孔隙率分布、导热系数比值等因素对多孔介质流动与传热问题进行研究。结果发现：U型分布孔隙率时多孔介质内流体流动速度在壁面附近较大,壁面附近孔隙率增大使得低流速区域减小,较高流速区域增大,对流换热作用增强；指数分布孔隙率时由于孔隙率减小,流体流速减小,流线图整体向右偏移,孔隙率实际分布的Nu小于孔隙率均匀分布的Nu；均匀分布孔隙率、分段均匀分布孔隙率、连续分布孔隙率时,流函数计算结果在同一数量级上,相差值在5倍以内；孔隙率连续分布的流函数计算平均值最大,为0.0017；孔隙率均匀分布的流函数计算平均值最小,为0.0001；ks/kf值大,温度梯度和速度梯度在壁面附近大,反之则小；ks/kf=0.1时,传热主要靠导热来完成,对流作用很小,ks/kf1以后,Nu随着ks/kf逐渐增大,对流作用不断增强。再次,对建筑节能材料粉煤灰进行实验研究与数值研究。发现孔隙率为0.26时,随着含水率增加,粉煤灰的有效导热系数呈线性增大；含水率为0.05时,随着孔隙率增加,其有效导热系数呈线性降低；试样5(含水率为0.05,孔隙率为0.54)的有效导热系数最小,为0.19 W·m~(-1)K~(-1),保温隔热性能最好；随着Ra增加,粉煤灰内对流增强并且对流强度分布愈来愈不均匀。当Ra105时,高温壁面Nu基本稳定在值为2.37-3.31范围；超过该值后,Nu沿竖向壁面由低向高变小,最大值为30.8,最小值为1.19。
【关键词】：多孔介质 传热 孔隙率 工程应用
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;TU52
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 研究的方法与内容14-16
• 1.4 本文主要工作16
• 1.5 创新工作16-17
• 2 多孔介质自然对流数学模型及数值计算方法17-22
• 2.1 多孔介质自然对流与传热的数学模型17-18
• 2.1.1 多孔介质自然对流与传热基本方程17
• 2.1.2 基本方程无量纲化17-18
• 2.2 数值计算方法18-21
• 2.2.1 数值求解方法19-20
• 2.2.2 求解代数方程的方法20
• 2.2.3 松弛与亚松弛方法20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 饱和多孔介质自然对流与传热实验22-34
• 3.1 实验目的22
• 3.2 实验物理模型22-24
• 3.3 实验内容24-25
• 3.3.1 实验装置24-25
• 3.3.2 实验步骤25
• 3.4 实验结果分析25-29
• 3.5 实验和数值方法验证29-33
• 3.5.1 物理模型29-30
• 3.5.2 格无关性验证30
• 3.5.3 数值结果与实验结果对比30-31
• 3.5.4 温差对Nu的影响31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 孔隙率等因素对多孔介质自然对流的影响34-52
• 4.1 U型分布孔隙率对流动与传热的影响34-38
• 4.1.1 物理模型及数值计算34-36
• 4.1.2 不同孔隙率下流动特性对比36-37
• 4.1.3 不同孔隙率下温度特性对比37
• 4.1.4 Ra对换热特性的影响37-38
• 4.2 指数分布孔隙率对流动与传热的影响38-42
• 4.2.1 物理模型及数值计算38-40
• 4.2.2 流场随Ra的变化40-41
• 4.2.3 温度场随Ra的变化41
• 4.2.4 高温壁面Nu随Ra的变化41-42
• 4.3 均匀分布、分段均匀分布和连续分布孔隙率模型42-45
• 4.3.1 物理模型及数值计算42-44
• 4.3.2 孔隙率分布对流场的影响44-45
• 4.3.3 孔隙率分布对温度场的影响45
• 4.4 导热系数比值对多孔介质内传热影响45-50
• 4.4.1 物理模型及数值计算45-46
• 4.4.2 不同导热系数比值下流动特性对比46-47
• 4.4.3 不同导热系数比值下温度特性对比47
• 4.4.4 高温壁面Nu随Ra和导热系数的变化47-49
• 4.4.5 高温壁面Nu随坐标的变化49-50
• 4.5 本章小结50-52
• 5 新型墙体材料的传热影响研究52-61
• 5.1 含水率与孔隙率对新型墙体材料的传热影响52-55
• 5.1.1 实验装置和内容52-53
• 5.1.2 实验结果分析53
• 5.1.3 有效导热系数计算53-55
• 5.2 Ra对新型墙体材料的传热影响55-60
• 5.2.1 物理模型及数值计算55-57
• 5.2.2 计算结果和分析57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 参考文献63-66
• 附录A 主要符号表66-67
• 作者简历67-69
• 学位论文数据集69

【参考文献】

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本文编号：1083133