基于有序堆积多孔介质内幂律流体的流动及沸腾换热数值研究

发布时间：2021-11-28 07:18

　　在自然界和我国诸多生产领域内涉及到多孔介质的流动和换热问题已经变得非常普遍。当流体在多孔介质中流动时,由于与固体接触面积的增大会导致换热能力增强,但是不可避免的造成流体流动动力不足,因此为了更好的探究流体的流动和换热过程,在尽可能提高换热效果的同时减小流动阻力成为研究重点。针对本文的研究工作主要从以下几个方面进行:首先,针对本文所需要的聚丙烯酰胺溶液,先用导热系数测量仪测量出不同水质、不同温度、不同浓度下的溶液导热系数。对于物理模型中的多孔材料和加热板,为了减小模拟和实验之间的误差,用激光导热仪测量出黄铜球和紫铜板的导热系数。其次,利用旋转流变仪测量出不同水质、不同质量浓度、温度、剪切速率下的PAM溶液的流变特性。实验结果表明:由去离子水配置的溶液表观粘度要比自来水配制的溶液高。在温度过高时会使溶液发生降解并产生其它反映,影响仪器的检测结果。浓度越高,流体粘度对温度的依赖程度越大,同时表观粘度增加的幅度也会变大,尤其是在1.5g/L-2.0g/L阶段。对测得数据进行非线性回归拟合出了相应的流变参数。再次,利用Fluent研究了PAM溶液在六排体中心多孔介质中的流动换热情况。在流动方面,... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 多孔介质理论基础
        1.2.1 多孔介质的分类
        1.2.2 多孔介质的物理参数
        1.2.3 多孔介质的研究方法
        1.2.4 幂律流体流变模型及本构方程
    1.3 国内外研究工作的相关进展
        1.3.1 国内对于多孔介质的研究现状
        1.3.2 国外对于多孔介质的研究现状
    1.4 本课题主要研究内容
2 PAM溶液、铜球、加热板导热系数的测定
    2.1 PAM溶液的导热系数
        2.1.1 不同水质对PAM溶液导热系数的影响
        2.1.2 不同浓度对PAM导热系数的影响
    2.2 铜球、加热板的导热系数
    2.3 本章小结
3 PAM溶液流变性实验研究
    3.1 实验过程
        3.1.1 实验样品与器材
        3.1.2 实验方法
    3.2 PAM水溶液流变特性结果与讨论
        3.2.1 不同水质对PAM溶液表观粘度的影响
        3.2.2 剪切速率对PAM溶液表观粘度的影响
        3.2.3 温度对PAM溶液表观粘度的影响
        3.2.4 质量浓度对PAM溶液表观粘度的影响
        3.2.5 表观粘度与温度、浓度的关联式
    3.3 本章小结
4 数值研究
    4.1 数值模拟软件介绍
    4.2 物理模型和数学描述
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 数学描述
        4.2.3 检验网格无关性
    4.3 本章小结
5 PAM溶液在多孔介质中的流动与换热
    5.1 流动模拟结果分析
        5.1.1 六排体中心流动结果云图处理
        5.1.2 不同排数对压降的影响
        5.1.3 不同排数对阻力系数的影响
        5.1.4 不同排数对阻力因子的影响
        5.1.5 小球与加热板接触面积大小对压降的影响
        5.1.6 加热板厚度大小对压降的影响
        5.1.7 孔隙的非均匀性对压降的影响
    5.2 换热模拟结果分析
        5.2.1 六排体中心换热结果分析
        5.2.2 不同排数对整体换热系数的影响
        5.2.3 不同排数下努塞尔数与雷诺数的关系
        5.2.4 小球与加热板接触面积大小对换热的影响
        5.2.5 加热板厚度大小对换热的影响
        5.2.6 孔隙的非均匀性对换热的影响
    5.3 实验、模拟结果对比与讨论
        5.3.1 PAM不同浓度对流动的影响
        5.3.2 PAM不同浓度对换热的影响
    5.4 本章小结
6.PAM在多孔介质中的沸腾换热研究
    6.1 物理模型
    6.2 数值计算结果
        6.2.1 热流密度的影响
        6.2.2 流速的影响
        6.2.3 加热方位的影响
        6.2.4 颗粒直径的影响
        6.2.5 热流密度与壁面过热度的关系
    6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]缔合聚合物在多孔介质中的缔合行为研究[J]. 李强,梁守成,吕鑫,张健,唐恩高.  石油化工高等学校学报. 2017(06)
[2]A numerical study on heat transfer enhancement and design of a heat exchanger with porous media in continuous hydrothermal flow synthesis system[J]. Pedram Karimi Pour-Fard,Ebrahim Afshari,Masoud Ziaei-Rad,Shahed Taghian-Dehaghani.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(10)
[3]底部局部加热多孔介质自然对流传热的格子Boltzmann模拟[J]. 何宗旭,严微微,张凯,杨向龙,魏义坤.  物理学报. 2017(20)
[4]多尺度多孔介质有效气体输运参数的分形特征[J]. 徐鹏,李翠红,柳海成,邱淑霞,郁伯铭.  地球科学. 2017(08)
[5]幂律流体在多孔介质中径向渗流的分形模型[J]. 王世芳,吴涛,郑秋莎.  力学季刊. 2016(04)
[6]颗粒堆积多孔介质内幂律流体的流动阻力特性[J]. 田兴旺,王平,徐士鸣.  哈尔滨工业大学学报. 2017(01)
[7]Micro-CT技术在多孔介质两相流动实验研究中的应用[J]. 赵越超,沈子鉴,陈俊霖,汤凌越,刘瑜,宋永臣.  实验室科学. 2016(03)
[8]基于核磁共振成像技术的饱和多孔介质孔隙结构及溶液流速分布探测（英文）[J]. 吴爱祥,刘超,尹升华,薛振林,陈勋.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(05)
[9]基于LBM的多孔介质/流体交界面滑移效应细观研究[J]. 蔡鹏飞,陈宝明,张国庆,刘芳,张星,云和明.  工程热物理学报. 2016(02)
[10]孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动性[J]. 杨伟,赵柄翔,曹明,张树光.  辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(01)

硕士论文
[1]基于多孔介质规则排列幂律流体的流动和换热实验研究[D]. 张章.大连理工大学 2017
[2]多孔介质中非牛顿流体流动阻力与传热特性研究[D]. 王钰翔.山东建筑大学 2017
[3]多孔介质内幂律流体流动与换热特性实验研究[D]. 孙振华.大连理工大学 2015
[4]聚丙烯酰胺水溶液在多孔介质中的流动与换热实验研究[D]. 刘亚.大连理工大学 2014
[5]幂律流体在多孔介质中流动与换热的数值研究[D]. 尹玉真.大连理工大学 2014
[6]近邻界CO2在多孔介质中的流动：格子波尔兹曼模拟[D]. 殷志武.华中科技大学 2013
[7]聚合物溶液在多孔介质中的流变性研究[D]. 张九然.东北石油大学 2012



本文编号：3523966