多孔介质与纯流体交界面处过渡层模型研究

发布时间：2020-04-17 00:45

【摘要】：部分填充多孔介质复合系统具有很好的换热性能,具有非常广泛的工业应用。鉴于多孔/流体交界面处的热量动量传递一直是研究的难点,本文主要采用过渡层模型研究了多孔复合系统中交界面处热量动量耦合问题。本文研究了两种流动方式(Couette流动和自由边界流动)下部分填充n层多孔复合系统内的流动与传热性能。其中,流动模型采用的是Darcy-Brinkman模型,热量模型采用的是LTNE模型,边界条件的选取上,除了多孔/流体交界面外,所有的中间界面均采用了应力连续边界条件。通过理论推导的方法得到了两种流动方式下(Couette流动和自由边界流动)多孔复合系统中相关物理场的解析式。另外,利用上述研究结果,针对部分填充3层多孔介质的复合系统的相关物理场进行了系统分析。基于在Couette流动和自由边界流动下对复合系统的理论研究结果,本文对过渡层模型进行了研究。首先推导得到了过渡层模型下多孔复合系统的速度分布解析解,在与矩形刷结构的微观模型数值解进行对比分析中,确定出了无量纲过渡层厚度的值,并依次研究了相关参数对无量纲过渡层厚度的影响,然后采用已获得的相关参数对多孔复合系统的物理场进行预测和误差分析。此外,将过渡层模型理论与Beavers和Joseph速度滑移模型中对多孔复合系统实验过程中的实验数据进行结合,拟合得到了不同实验工况下的最佳无量纲过渡层厚度_L,并且进一步对无量纲过渡层厚度的影响因素作了相应的分析。结果表明,过渡层模型得到的速度解析解与微观模型的速度数值解之间偏差很小;针对Beavers和Joseph所做的实验,过渡层模型在特定过渡层厚度下可以很好的拟合实验数据点,并且无量纲过渡层厚度与多孔区厚度无关。
【图文】：

1.1 (a)完全填充通道 (b)分层填充通道 (c)部分填充通道介质通道对流换热研究现状介质后，换热能力可以得到明显的提升，因此，进行了大量的研究，以下是一部分典型学者的研1]研究了完全填充多孔介质通道内的对流换热过，讨论了流体与固体内内热源、两相的热导率等表明，固相中的内热源能够非常明显的改变通道次发现了热流分歧的现象。Vafai[22]建立了两种主要的多孔介质热流分歧的到了系统的努赛尔特数并引入了换热系数计算热了固相和液相之间的时间温差并确定出了局部热在特定的位置处，热流分歧现象发生的位置随着

只有在多孔/流体区界面采用了热通量跳跃形式。本章首先通过求解析解的ouette 流动和自由边界流动下多孔介质复合系统中的速度分布、摩擦因子的表达式。另外利用上述研究结果，针对 n 3层时的部分填充多孔复合系场进行了系统分析。物理模型分填充 n 层多孔复合系统见图 2.1 所示，其中，图中的下半部分厚度为H均匀的多孔介质填充层，图中的最上部分厚度为 的空白区域为自由流体的流动方向为从左到右流动。系统的底面存在着热流 qw，坐标原点区域界面的位置。轴沿流动方向，y 轴的正负方向分别为自由流体区和多孔区，yi代表第i层界面。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124

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本文编号：2630241