本文關鍵詞：部分填充復合多孔介質腔體自然對流及傳熱研究

  更多相關文章： 復合多孔介質 一區(qū)域模型 交界面速度滑移系數(shù) 青磚和海綿 自然對流

【摘要】：流體在多孔介質中滲流的現(xiàn)象普遍存在于人類的生產和生活當中,特別是部分填充多孔介質的復合區(qū)域問題的應用背景更為廣泛,例如干燥過程、過濾過程、水的滲流過程、太陽能集熱器、熱管、核能利用、燃料電池、石油熱采和地熱工程等。自然界及工程實際中存在非均質的多孔介質結構,即復合多孔介質,復合多孔介質涵蓋分層多孔介質,即各層多孔介質的結構和滲流特性各不相同,分層多孔介質滲流問題廣泛存在于含水介質的地下水滲流、非均質砂巖油藏中的石油開采、具有保溫隔熱作用的建筑復合墻體傳熱傳濕等過程中。因此對分層多孔介質區(qū)域流體流動及傳熱的機理性研究是一項具有重要實用價值以及學術價值的工作,對于技術進步與科學的發(fā)展具有重大意義。本文采用由兩層多孔介質組合成的復合多孔介質簡化模型,將兩層多孔介質依次填充在封閉腔體的左側,利用動量守恒方程和能量守恒方程分別建立部分填充復合多孔介質封閉腔體自然對流及傳熱的一區(qū)域物理數(shù)學模型和兩區(qū)域物理數(shù)學模型,采用有限元方法進行數(shù)值求解；針對本文所提出的兩多孔介質層間交界面的速度滑移弱約束表達式,通過對比分析一區(qū)域模型和兩區(qū)域模型的計算結果,驗證此速度滑移表達式的有效性；運用一區(qū)域計算模型的結果進行理論分析,探討部分填充復合多孔介質封閉腔體自然對流流體流動及傳熱的變化規(guī)律,考察復合多孔介質物性及結構特性、瑞利數(shù)Ra、普朗特數(shù)Pr對封閉腔體流動換熱的影響,重點關注各因素和不同工況下兩類交界面速度滑移系數(shù)的變化,探析交界面速度滑移效應的機理；同時,采用X-射線計算機斷層掃描技術(X-CT)獲取真實多孔介質青磚和海綿的結構圖,構造左側填充青磚和海綿的復合多孔介質封閉腔體流動及換熱模型進行數(shù)值求解,分析兩類交界面的速度分布形式和對流傳熱的變化規(guī)律。對于交界面的滑移現(xiàn)象及公式的驗證結果表明：1)利用圓柱構造的復合多孔介質中兩層多孔介質滲流交界面上存在速度滑移現(xiàn)象；2)對于X-CT實驗獲得的青磚和海綿所構成的真實復合多孔介質腔體,在兩類交界面處存在速度滑移的現(xiàn)象,與圓柱構造的復合多孔介質腔體兩種交界面的滑移現(xiàn)象具有一致性；3)一區(qū)域模型和兩區(qū)域模型的計算結果表明本文對此交界面所提出的速度滑移弱約束表達式對兩層多孔介質交界面的處理是合理有效的。對于各因素對自然對流流動換熱的影響的研究結果表明：1)隨著復合多孔介質層占腔體的比例N值的增大,腔體內流動減弱,左壁面平均Nu變�。�2)兩層多孔介質孔隙率之差△ε增大,腔體內整體流動增強,純流體側二分之一高度處的無量綱溫度θ數(shù)值明顯變大,而復合多孔介質側變化規(guī)律與之相反；3)兩層多孔介質導熱系數(shù)比值Rk增大,腔體右壁面處的平均努謝爾特數(shù)Nu增大；4)瑞利數(shù)Ra增大,腔體內流體流動性增強,左壁面的平均努謝爾特數(shù)Nu增大；5)普朗特數(shù)Pr的增大導致速度邊界層變厚,溫度邊界層變薄,腔體左壁面Nu增大,換熱效果增強。對于兩種交界面的滑移效應的變化的研究結果表明：1)孔隙率差值△ε的增大導致兩層多孔介質間交界面的速度滑移系數(shù)a1增大,多孔介質與純流體交界面的滑移效應隨第二層多孔介質孔隙率的減小逐漸減弱,但受圓柱構造多孔介質的局限性,其速度滑移系數(shù)a2不斷增大；2)隨著瑞利數(shù)Rα的增大,速度滑移系數(shù)α1和α2均增大；3)圓柱叉排結構的速度滑移系數(shù)α1和α2要明顯大于順排結構；4)對于復合多孔介質所占腔體的比例N以及普朗特數(shù)Pr雖然影響腔體的流動換熱效果,但兩類交界面的滑移系數(shù)α1和α2并沒有明顯的改變。
【關鍵詞】：復合多孔介質 一區(qū)域模型 交界面速度滑移系數(shù) 青磚和海綿 自然對流
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.1.1 多孔介質區(qū)域流動及傳熱的應用背景12
• 1.1.2 復合多孔介質區(qū)域流動及傳熱的應用背景12-13
• 1.2 多孔介質與流體復合區(qū)域流動與傳熱的研究進展13-17
• 1.2.1 兩區(qū)域模型研究進展13-16
• 1.2.2 一區(qū)域模型研究進展16-17
• 1.3 研究內容17-20
• 第2章 部分填充復合多孔介質腔體自然對流傳熱的物理數(shù)學模型20-30
• 2.1 概述20
• 2.2 一區(qū)域數(shù)學模型的建立20-25
• 2.2.1 物理模型的建立20-21
• 2.2.2 數(shù)學模型的建立21-25
• 2.3 兩區(qū)域數(shù)學模型的建立25-29
• 2.3.1 物理模型的建立25-26
• 2.3.2 數(shù)學模型的建立26-29
• 2.4 本章小結29-30
• 第3章 數(shù)值方法及數(shù)學模型的驗證30-38
• 3.1 有限元方法簡介及求解思路30-31
• 3.2 網格無關性驗證31-34
• 3.2.1 一區(qū)域模型網格無關性驗證31-32
• 3.2.2 兩區(qū)域模型網格無關性驗證32-34
• 3.3 數(shù)學模型的驗證34-37
• 3.4 本章小結37-38
• 第4章 部分填充復合多孔介質腔體自然對流及傳熱的數(shù)值模擬38-58
• 4.1 概述38
• 4.2 復合多孔介質厚度的影響38-41
• 4.3 復合多孔介質孔隙率變化的影響41-45
• 4.4 瑞利數(shù)的影響45-48
• 4.5 兩層多孔介質導熱系數(shù)比的影響48-50
• 4.6 普朗特數(shù)的影響50-52
• 4.7 真實復合多孔介質數(shù)值模擬52-57
• 4.7.1 真實復合多孔介質結構圖的獲取52-54
• 4.7.2 部分填充真實復合多孔介質腔體自然對流傳熱的模擬54-57
• 4.8 本章小結57-58
• 第5章 部分填充復合多孔介質腔體自然對流界面速度滑移效應模擬分析58-71
• 5.1 概述58
• 5.2 一區(qū)域方法和兩區(qū)域方法結果對比分析58-61
• 5.3 復合多孔介質孔隙率變化的影響61-64
• 5.4 復合多孔介質厚度的影響64-65
• 5.5 瑞利數(shù)的影響65-66
• 5.6 普朗特數(shù)的影響66-68
• 5.7 復合多孔介質結構的影響68-70
• 5.8 本章小結70-71
• 第6章 結論與展望71-73
• 6.1 主要結論71-72
• 6.2 不足與展望72-73
• 參考文獻73-77
• 符號表77-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前1條

1 劉芳;陳寶明;王麗;;多孔介質對封閉腔體內對流傳熱傳質的影響[J];山東大學學報(工學版);2011年01期

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前6條

1 蔡鵬飛;基于LBM多孔介質/流體腔體內自然對流介觀研究[D];山東建筑大學;2015年

2 匡東升;部分填充多孔介質復合腔體內交界面滑移效應研究[D];山東建筑大學;2015年

3 劉智;多孔介質復合腔體內流體流動及傳熱實驗研究[D];山東建筑大學;2014年

4 張國慶;基于LBM方法的多孔介質復合腔體內流體流動及傳熱研究[D];山東建筑大學;2014年

5 王棟;多孔介質復合腔體內自然對流及傳熱的實驗研究[D];山東建筑大學;2012年

6 王麗;部分填充多孔介質復合腔體內流體流動及傳熱傳質的研究[D];山東建筑大學;2010年

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本文編號：998229