本文關鍵詞：多因素下多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動與傳熱研究

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【摘要】：多孔介質(zhì)中的流動和傳熱問題在建筑節(jié)能、室內(nèi)環(huán)境控制中廣泛存在并產(chǎn)生著重要的影響和作用。本文運用數(shù)值計算和實驗研究方法對多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動與傳熱受孔隙率分布、導熱系數(shù)比值等因素的影響進行研究,為建筑節(jié)能新技術應用提供一定參考。首先,針對孔隙率均勻分布和非均勻分布情況下多孔介質(zhì)傳熱問題進行實驗與數(shù)值研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：初始階段,多孔介質(zhì)中的溫度分布受初始溫度分布的影響；當過程進行到一定時候,多孔介質(zhì)初始溫度分布影響消失,上層溫度較高,下層溫度較低；加熱孔隙率小側(cè)呈現(xiàn)導熱表現(xiàn)明顯狀態(tài),加熱孔隙率大側(cè)呈現(xiàn)對流表現(xiàn)明顯狀態(tài)。其次,采用數(shù)值計算的方法對孔隙率分布、導熱系數(shù)比值等因素對多孔介質(zhì)流動與傳熱問題進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：U型分布孔隙率時多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動速度在壁面附近較大,壁面附近孔隙率增大使得低流速區(qū)域減小,較高流速區(qū)域增大,對流換熱作用增強；指數(shù)分布孔隙率時由于孔隙率減小,流體流速減小,流線圖整體向右偏移,孔隙率實際分布的Nu小于孔隙率均勻分布的Nu；均勻分布孔隙率、分段均勻分布孔隙率、連續(xù)分布孔隙率時,流函數(shù)計算結(jié)果在同一數(shù)量級上,相差值在5倍以內(nèi)；孔隙率連續(xù)分布的流函數(shù)計算平均值最大,為0.0017；孔隙率均勻分布的流函數(shù)計算平均值最小,為0.0001；ks/kf值大,溫度梯度和速度梯度在壁面附近大,反之則��；ks/kf=0.1時,傳熱主要靠導熱來完成,對流作用很小,ks/kf1以后,Nu隨著ks/kf逐漸增大,對流作用不斷增強。再次,對建筑節(jié)能材料粉煤灰進行實驗研究與數(shù)值研究。發(fā)現(xiàn)孔隙率為0.26時,隨著含水率增加,粉煤灰的有效導熱系數(shù)呈線性增大；含水率為0.05時,隨著孔隙率增加,其有效導熱系數(shù)呈線性降低；試樣5(含水率為0.05,孔隙率為0.54)的有效導熱系數(shù)最小,為0.19 W·m~(-1)K~(-1),保溫隔熱性能最好；隨著Ra增加,粉煤灰內(nèi)對流增強并且對流強度分布愈來愈不均勻。當Ra105時,高溫壁面Nu基本穩(wěn)定在值為2.37-3.31范圍；超過該值后,Nu沿豎向壁面由低向高變小,最大值為30.8,最小值為1.19。
【關鍵詞】：多孔介質(zhì) 傳熱 孔隙率 工程應用
【學位授予單位】：遼寧工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124;TU52
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景與意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究的方法與內(nèi)容14-16
• 1.4 本文主要工作16
• 1.5 創(chuàng)新工作16-17
• 2 多孔介質(zhì)自然對流數(shù)學模型及數(shù)值計算方法17-22
• 2.1 多孔介質(zhì)自然對流與傳熱的數(shù)學模型17-18
• 2.1.1 多孔介質(zhì)自然對流與傳熱基本方程17
• 2.1.2 基本方程無量綱化17-18
• 2.2 數(shù)值計算方法18-21
• 2.2.1 數(shù)值求解方法19-20
• 2.2.2 求解代數(shù)方程的方法20
• 2.2.3 松弛與亞松弛方法20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 飽和多孔介質(zhì)自然對流與傳熱實驗22-34
• 3.1 實驗目的22
• 3.2 實驗物理模型22-24
• 3.3 實驗內(nèi)容24-25
• 3.3.1 實驗裝置24-25
• 3.3.2 實驗步驟25
• 3.4 實驗結(jié)果分析25-29
• 3.5 實驗和數(shù)值方法驗證29-33
• 3.5.1 物理模型29-30
• 3.5.2 格無關性驗證30
• 3.5.3 數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果對比30-31
• 3.5.4 溫差對Nu的影響31-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 4 孔隙率等因素對多孔介質(zhì)自然對流的影響34-52
• 4.1 U型分布孔隙率對流動與傳熱的影響34-38
• 4.1.1 物理模型及數(shù)值計算34-36
• 4.1.2 不同孔隙率下流動特性對比36-37
• 4.1.3 不同孔隙率下溫度特性對比37
• 4.1.4 Ra對換熱特性的影響37-38
• 4.2 指數(shù)分布孔隙率對流動與傳熱的影響38-42
• 4.2.1 物理模型及數(shù)值計算38-40
• 4.2.2 流場隨Ra的變化40-41
• 4.2.3 溫度場隨Ra的變化41
• 4.2.4 高溫壁面Nu隨Ra的變化41-42
• 4.3 均勻分布、分段均勻分布和連續(xù)分布孔隙率模型42-45
• 4.3.1 物理模型及數(shù)值計算42-44
• 4.3.2 孔隙率分布對流場的影響44-45
• 4.3.3 孔隙率分布對溫度場的影響45
• 4.4 導熱系數(shù)比值對多孔介質(zhì)內(nèi)傳熱影響45-50
• 4.4.1 物理模型及數(shù)值計算45-46
• 4.4.2 不同導熱系數(shù)比值下流動特性對比46-47
• 4.4.3 不同導熱系數(shù)比值下溫度特性對比47
• 4.4.4 高溫壁面Nu隨Ra和導熱系數(shù)的變化47-49
• 4.4.5 高溫壁面Nu隨坐標的變化49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 5 新型墻體材料的傳熱影響研究52-61
• 5.1 含水率與孔隙率對新型墻體材料的傳熱影響52-55
• 5.1.1 實驗裝置和內(nèi)容52-53
• 5.1.2 實驗結(jié)果分析53
• 5.1.3 有效導熱系數(shù)計算53-55
• 5.2 Ra對新型墻體材料的傳熱影響55-60
• 5.2.1 物理模型及數(shù)值計算55-57
• 5.2.2 計算結(jié)果和分析57-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 6 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻63-66
• 附錄A 主要符號表66-67
• 作者簡歷67-69
• 學位論文數(shù)據(jù)集69

【參考文獻】

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本文編號：1083133