多孔介质预混燃烧中辐射属性影响的敏感性分析

建立了惰性多孔介质中预混合燃烧的数学模型,采用辐射传递的有限体积法求解固相能量方程中的辐射源项,研究多孔介质热辐射在燃烧系统中的作用,考察辐射属性(吸收系数和散射反照率)对轴向温度场和辐射热流量影响的敏感性。研究表明,辐射属性参数波动对预测结果影响明显,固体热辐射在多孔介质预混燃烧中的影响不可忽略。     

恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型,对恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的强制对流进行了边界层分析。通过建立二维流动的连续方程、动量方程和考虑流体与多孔介质局部非热平衡时的能量方程,应用数量级分析和积分的方法对方程组进行简化和求解,得出了流体的速度分布、温度分布、速度边界层和温度边界层的厚度、对流传热的理论关联式。研究结果表明:恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的速度边界层与光板时完全不同,其在平板前端迅速增长,随后沿着流动方向变得非常平坦并趋于一定值;而温度边界层的厚度发展则与光板时类似,沿着流动方向不断增长,且与壁面处热流密度的大小无关。     

含内热源多孔介质–自由流通道内非达西强制对流

基于多孔介质局部非热平衡模型,对考虑内热源条件下的多孔介质–自由流耦合通道内非达西对流换热特性进行研究。多孔介质区内流体运动方程采用Darcy-Brinkman-Forchheimer模型,利用有限差分法获得通道内各区域流体运动速度、流固相温度分布及努塞尔数,并进一步分析了相关参数对流体流动传热的影响。结果表明：在文中研究参数下,惯性参数F_f对通道内各区域流体速度及温度分布的影响仅在达西数Da大于10^-3时需要考虑;增加F_f或降低固相内热源W_s绝对值会使流固两相温差减小,且改变固相内热源换热方向会使多孔介质区内流固相发生温度分岔现象;固相内热源对通道换热效果影响较大且更为复杂,不同惯性参数F_f下,考虑W_s时可能会使Nu出现奇异点。     

带内热源多孔介质中的受迫对流换热

本文利用扩展型达西流动方程,采用考虑相际传热的能量方程,通过对体平均化原始变量方程的无量纲分析,用Ｒｅｐ,Ｈ／ｄｐ和ｋｓ／ｋｆ三个无量纲参数分析了通道内具有内热源多孔介质固定床的冷却过程,讨论内热源对骨架与流体热平衡的影响,对数值计算的结果进行了对比分析．     

辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧影响的数值模拟

本文根据气固两相局部非热平衡假设,建立了甲烷/空气预混气在惰性多孔介质内的一维层流燃烧数学模型。分别采用附加导热、Rossland模型和二通量法模型求解固体能量方程中的辐射源项,研究了热辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧火焰结构的影响。结果表明,多孔固体表面辐射的影响不可忽略,辐射模型对火焰温度的预测影响显著,而弥散效应对气体温度的分布及反应热影响则较小。     

射流冲击泡沫金属流动液膜传热的实验研究

薄液膜蒸发由于其优良的传热特性而被广泛应用于工业领域。在流动液膜上表面覆盖铜质泡沫金属,并耦合空气射流冲击,能够进一步强化传热。多孔泡沫金属提供的毛细驱动力能够有效控制流动液膜的厚度以避免干涸,同时多孔材料特殊的固体骨架构造可以扩大固液、气液传热面积。为了研究射流冲击条件下多孔介质覆盖流动液膜的传热特性,本文通过实验方法,对包括液膜流速Vf、空气射流速度Va、液膜厚度δf和多孔介质孔隙率ε在内的影响因素进行分析,研究并对比这些因素对加热壁面温度Tw、表面传热系数hw以及传热系数提升率的影响。     

垂直壁前置以薄层多孔材料时自然对流与辐射传热

本文导出了垂直等热流壁前置以薄层高空隙率多孔介质条件下自然对流与辐射传热的控制方程,分别用数值和摄动方法求得了积分方程的数值解和零级、一级近似解.本文实验选用一层到三层不锈钢网作为多孔材料.实验表明,金属网显著地抑制了传热,网的层数、目数和间距对抑制传热的经济效果十分关键.理论所得的结果与实验吻合较好.     

沉降分布孔隙率多孔介质模型及数值研究

研究沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热,根据"O"形圈理论和现场测定确定孔隙率系数,建立坐标方向孔隙率分布函数;考虑流体密度变化,并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,能量方程采用界面连续条件,建立沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热求解模型.采用差分法对模型进行离散化,应用高斯-赛德尔方法迭代求解.数值分析表明:沉降分布孔隙率条件下多孔介质内流体流动速度在壁面附近较大,中心部位较小,壁面附近孔隙率的增大使得低流速区域减小,较高流速区域增大;当孔隙率小值时,温度按线性减小;当孔隙率大值时,温度在高低温壁面附近迅速减小,在中部减小较缓,热量按导热和对流共同传递;孔隙率增大能使平均怒谢尔数增大,对流换热作用增强.     

固-液相变糊状区的格子Boltzmann研究

为深入探讨固-液相变材料在相界面内(糊状区)的流动和传热对固-液相变过程的影响,本文基于"焓-多孔介质"模型,提出研究糊状区的"多相流-多孔介质"两区域复合模型,将糊状区的高含液率视为多相流区域,而低含液率区域视为多孔介质,采用格子Boltzmann方法对固-液相变糊状区的流动和传热过程进行研究.重点讨论了相变温度半径,不同高、低含液率区的分界点γ_(tr)对糊状区的发展、迁移以及对相变过程的影响.研究结果表明糊状区厚度随相变半径的增大而增加,进而影响相变过程中流动和换热;对比复合模型的不同高、低含液率分界点γ_(tr)时和单纯多孔介质模型时的糊状区的边界、流动和换热情况,表明将糊状区高液相率区采用多相流模型进行分析,可以正确反映出高含液率区域内固相微粒随液相流动的特性及其对相变过程的影响。     

多孔介质中盐指现象的数值模拟

运用基于杂交网格的高精度数值方法研究了多孔介质中的盐指现象.该算法将基于边界拟合坐标下的高精度有限差分法和高精度的泊松方程快速求解器有效地结合在一起,从而达到提高整体的计算精度、计算效率和稳定性的目的.通过比较不同孔隙率的多孔介质对盐指对流的传热传质效应的影响,发现在标准孔隙率较低的多孔介质中,盐度扩散的速度明显比热扩散的速度快,盐指很快触及上下壁面,使得上下层的盐度梯度迅速减小,这是与非多孔介质具有明显差异之处. 关键词： 多孔介质 双扩散对流 盐指     

多孔介质强化池内沸腾换热特性

为探讨多孔介质对强化池内沸腾传热的机理,在38×3mm的容器内上,应用多相流VOF模型,耦合多孔介质流动与传热模型,通过添加用户自定义程序实现了对光滑和多孔加热壁面的池内沸腾传热过程进行数值模拟。数值模拟结果与实验结果相符合,所建立的数学模型为多孔介质的沸腾传热研究提供了依据。     

多孔介质燃烧室内湍流气液两相流的数值研究

以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.建立了多孔介质随机结构的简化模型,把多孔介质视为随机分布的大量固相单元的集合.在多孔介质区域引入了Antohe和Lage提出的双方程κ-ε湍流模型.为研究喷雾液滴与多孔介质的高温壁面碰撞,引入新的喷雾模型.在模型中考虑了液滴的破碎、碰撞和合并,并且描述了喷雾和多孔介质壁面之间的相互作用.针对燃油喷雾在不同结构多孔介质内流场进行了数值计算.计算表明,喷雾与多孔介质相互作用对燃烧室内燃油液滴的蒸发、混合气的形成过程和均匀化具有重要的影响.     

基于REV的保温多孔材料传热“三箱”分析模型

保温材料广泛应用于建筑中的制冷与空调等领域,保温多孔介质材料的内部结构复杂无规律且孔隙分布具有不确定性,热质传递作用机理复杂多变,目前的分析方法和研究模型普适性差,对一些微观热质传递机理问题尚未提出解决方法。本文基于表征体元REV,建立了保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型。利用"三箱"模型对保温多孔介质材料传热过程进行分析,并给出各模型下多孔介质导热系数计算公式。基于保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型,对不同孔隙率、孔隙通道分布系数和迂曲度的硅酸钙材料进行了计算和模拟并研究了其对保温多孔介质材料导热系数的影响,总结出其变化规律。本文所做工作,不仅为保温多孔介质材料传热分析研究提供了新模型与新方法,在其他类型多孔材料研究中也有借鉴意义。     

考虑毛细滞后效应的未饱和含湿多孔介质传热和传质理论

毛细滞后是未饱和多孔介质中很重要的特性之一。在许多情况下，毛细滞后现象对介质中传热和传质过程有着显著的影响。本文引入最小梯度概念，用以描述多孔体中毛细水运动滞后的定量行为，进而建立了考虑毛细滞后效应的未饱和含温多孔介质传热和传质的系统理论，为进一步定量研究毛细滞后对传热传质的影响打下了理论基础。     

管内层流充分发展段等效热边界层的构造及其场协同分析

本文采用数值计算方法分析了圆管中部分填充多孔介质时在充分发展段的流动与传热特征,并运用场协同原理分析了其强化传热机理.结果表明,采用部分填充多孔介质的方法可以在管内流动充分发展段构造等效热边界层;选择高热导率、高孔隙率的多孔介质以及合理的多孔介质填充率,可以显著强化换热而不引起流动阻力的过度增加.与传统的在流体边界区域采取传热强化措施不同,此时,主要是在流动的中心区域采取传热强化措施.计算表明,性能评价指标PEC数可达6,因此,本文方法对于高效、低阻换热器的设计有一定的借鉴意义.     

非牛顿流体在介质中的自然对流与传热

基于修正的Darcy定律,数值模拟了上端开口,从底部等温加热的多孔介质中黏弹性流体的自然对流与传热,其中使用了特征松弛时间λ和迟滞时间ε来表征黏弹性流体的性质。我们选择了三组不同的λ和ε.发现与牛顿流体中对应的情况相比,黏弹性流体的传热特性有很大不同。另外,上端开口多孔介质中的黏弹性流体比上端闭口多孔介质中黏弹性流体的自然对流与传热也有很大不同.在不同的Ra数范围,传热规律服从不同的标度律。     

温室内多孔蓄热墙传热与流动特性

本文采用一维稳态饱和多孔介质能量双方程模型,对温室内多孔蓄热墙的传热与流动特性进行了研究.结果表明:多孔蓄热墙的固体骨架与空气之间的换热取决于空气的入口流速、多孔材料的孔隙率、渗透率和固体骨架的导热系数,由于多孔蓄热墙接受的太阳辐照是不均匀的,因此推荐采用具有不同孔隙率的新型复合多孔蓄热墙,以减少这种不利的影响.     

基于伪焓法的多孔介质固液相变格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法是求解相变材料(PCM,phase change material)固液相变界面上复杂质量、能量和动量传递的有效方法。本文将伪焓LB模型推广至多孔介质固液相变中,构建相应的LB模型,并通过焓和温度的关系,获得下一时间步的焓、温度和对应液相率。为验证多孔介质固液相变LB模型的正确性,本文分别对一维Stefan问题和二维方腔多孔介质内固液相变问题进行求解。结果表明,在无自然对流作用下(一维Stefan问题),本文所构建模型能精确还原温度分布,与解析解相对误差控制在2%以内。除此之外,本文模型能反映自然对流对固液相变过程的影响,与已有工作差别较小,能准确追踪固液相变界面位置。     

多孔介质非饱和渗流的阈梯度理论

一、前言 毛细滞后现象对非饱和多孔体中的传热与传质过程有重要的影响,但由于对毛细滞后现象尚缺少基本的认识,目前关于多孔介质传热传质的理论暂且都回避对这一问题的处理,这也正是当前有关多孔介质传热传质特性数据和实用计算方法缺乏和可靠性差的重要原因。     

多孔介质中熔融盐流体高温斜温层蓄热的热特性

对熔融盐高温斜温层蓄热过程进行了较深入的理论与实验研究.基于多孔介质局部热平衡理论,建立了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热的局部热平衡数值模型,研究了熔融盐、多孔介质孔隙结构参数对多孔介质中熔融盐流体传热与流动的影响规律,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究.结果表明:与熔融盐单相流体斜温层(无填充多孔介质)蓄热系统相比,多孔介质填料能够减少斜温层的厚度和改善其形状,采用单位体积热容量(pc)s大于(pc)f,孔隙率(?)小于0.4有利于降低斜温层厚度及其移动速度.揭示了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热系统的蓄热特性,为熔融盐高温斜温层蓄热的设计和运行控制提供依据.