三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究

利用CFD软件数值研究了颗粒三维有序堆积多孔介质的对流换热问题. 采用颗粒直径分别为14 mm,9.4 mm和7 mm的球形颗粒有序排列构成多孔介质骨架,在多孔骨架的上方有一恒热流密度的铜板. 采用流固耦合的方法研究了槽通道内温度分布和局部对流换热系数的分布以及对流换热的影响因素. 研究结果表明:热渗透的厚度和温度边界层的厚度在流动方向上逐渐增大,并且随流量的增加而减小;当骨架的导热系数比较高时,对流换热随颗粒直径的减小而略有增大;对流换热系数随聚丙烯酰胺溶液浓度的增大而减小,黏性耗散减弱了对流换热. 关键词： 多孔介质 温度场 局部对流换热系数 数值模拟     

流体在微多孔介质内对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微多孔介质内部对流换热进行了实验研究,分析了不同颗粒直径下对流换热努谢尔特数随流量的变化.结果表明:当颗粒直径为200～40μm时,实验得到的对流换热努谢尔特数与已有研究结果符合很好;当颗粒直径为20μm和10 μm时,实验结果略小于已有研究结果,说明空气在微多孔介质中的对流换热需要考虑微尺度效应的影响.同时,根据实验结果给出了微多孔介质内对流换热努谢尔特数与雷诺数的经验关联式,并提出了考虑努森数的修正关联式.     

流体在烧结多孔槽道中对流换热的实验研究

本文对空气和水流过烧结青铜颗粒水平多孔槽道表面上的对流换热进行了实验研究。结果表明:与空槽道表面换热相比,实验段充满烧结多孔介质后,水流过实验段的平均对流换热系数可提高7～9倍,空气可提高3～30倍;烧结多孔结构的强化换热能力大于非烧结的堆积床;直径的增大能提高水在多孔结构内的换热能力,但对空气而言在实验流量范围内无明显作用。     

微细多孔介质中对流换热研究

本文对空气、氦气和二氧化碳流过微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为40～225μm,通过单吹法的实验方法进行瞬态实验,得到了多孔介质内部对流换热系数。数值模拟了气体流过微细多孔结构内部的对流换热的非稳态过程,得到多孔介质内部对流换热系数。数值结果与实验结果基本一致,并与已有结果基本吻合。     

微细多孔介质中对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为0．2 mm。通过“单吹法”的实验方法进行瞬态实验,并用两种不同的数据处理方法得到了多孔介质内部对流换热系数。数据处理方法1利用局部非热平衡能量方程,结合实验数据,数值求得了多孔介质内部对流换热系数。方法2利用实验数据直接求得内部对流换热系数。研究表明:用数据处理方法1得到的多孔介质内部对流换热系与用方法2得到的结果相差在10％以内,与已有结果基本吻合。     

微细多孔介质中流动及换热实验研究

本文对空气流过烧结微细多孔介质的流动和对流换热进行了实验研究。分析了不同颗粒直径条件下摩擦阻力系数与等效雷诺数的关系,并通过实验数据拟和得到了渗透率K和惯性常数F。结果表明:当颗粒直径比较大时,摩擦阻力系数的实验结果与计算关联式基本吻合;随着颗粒直径的减小,二者的差别增大。通过实验得到了微细烧结多孔介质内部体积平均对流换热系数,并与已有关联式的计算结果基本吻合。     

烧结/堆积床多孔介质流动沸腾换热实验研究

本文实验对比研究了0.3 mm、0.5mm、0.7 mm三种粒径的铜颗粒烧结与堆积床多孔介质中的流动沸腾换热,主要研究了入口流速、热流密度、加热方位及粒径对流动沸腾换热的影响,以及多孔介质中的沸腾滞后。实验结果表明:大入口流速、低热流密度、下方加热以及小粒径时加热壁面的过热度较低,即有利于沸腾换热;本实验所用烧结多孔介质壁面过热度高于堆积床多孔介质,其原因是内部含有闭孔。     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响研究

本文通过理论分析、数值模拟与实验研究的综合,研究了粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响。发现：用理想的等热流边界条件可以较好地数值模拟等热流边界条件下多孔介质中的对流换热;在实际可实现的参数条件下,粘性耗散对多孔介质中对流换热的影响不大;油的变物性对换热的影响很大—热流密度越高,对流换热越强。     

超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

Convective heat transfer flow of nanofluid in a porous medium over wavy surface

In this letter, water base nanofluid flow over wavy surface in a porous medium of spherical packing beds is investigated. The copper oxides particles are taken into account. These properties are rehabilitated when fluid interacts with porous walls. For porous medium, Dupuit–Forchheimer model; an extension of Darcy's law model is utilized. The natures of velocity and temperature profiles of nanofluid are discussed graphically whereas the values of convection heat transfer coefficient in the presence of different nanoparticles concentrations in porous medium is presented in tabular form. The obtained results illustrate that convection heat transfer is improved by nanoparticles concentration but reduces when fluid attract to pores structured medium. On the other hand, when particles are added in fluid, convection heat transfer rate is improved but flow velocity is declined.     

堆积床内甲烷/空气预混燃烧的理论分析

在多孔介质内组织预混燃烧,燃气与多孔介质有强烈的换热作用,燃烧过程伴随着化学反应和热输运的强烈耦合。本文以惰性氧化铝球堆积床内的甲烷/空气预混燃烧为例,提出解析模型,对燃烧过程进行理论分析,给出温度分布的解析解,发现了超绝热火焰温度燃烧现象。     

多孔介质流动沸腾微观模型实验研究

多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。     

微尺度换热器的研究及相关问题的探讨

本文对微风度换热器产生的背景、研究现状及存在的问题进行了综述和初步分析。对在微小槽道内流体的流动和传热与常规尺度下的差异的原因和机理进行了简单分析。发现有些用气体所做的实验研究，很有可能是处于有速度滑移和温度跳跃的滑流区。速度滑移和温度跳跃致使阻力系数减小、传热减弱。对微小槽道和多孔介质对传热的强化效果进行厂比较。多孔介质对传热的强化效果更好，但同时压力损失也更大。     

矩形封闭腔内非饱和多孔介质的传热传质特性研究

本文建立了矩形封闭腔内非饱和多孔介质的二维传热传质数理模型,并对Ｒ１１３的蒸发相交进行了数值模拟。根据计算结果着重讨论了流体瑞利数Ｒａ,介质达西数Ｄａ以及腔体冷热端温差△Ｔ的变化对其传热传质特性的影响,得出一些有用的可指导工程实践的结论。     

On the combined heat transfer in the multilayer non-gray porous fibrous insulation

A detailed numerical modeling is performed to investigate coupled heat transfer of natural convection, radiation and conduction in high-temperature multilayer thermal insulation (MTI), which consists of high-porous, non-gray semitransparent fibrous materials and reflective foils. Radiation within fibers, radiation between fibers and the reflective foils, conduction within fibers and convection from the fibers to the surrounding fluid are considered. Macroscopic (porous media) modeling is used to determine velocity, pressure and temperatures fields for fibrous insulation with a random packing geometry under natural convection, whereas the radiative transfer equation (RTE) is used to solve the radiative heat flux for non-gray materials. Key features of the macroscopic model include two-dimensional effects, non-gray radiative exchange, and the relaxation of the local thermodynamic non-equilibrium (LTNE). This model was validated by comparison with experimental data and it was used to investigate natural convection of coupled heat transfer in multilayer insulation, numerical results showed that natural convection is more likely to occur when the heated/cooled rate is low, while natural convection can be ignored in simulating steady-state coupled heat transfer in MTI.     

RADIATIVE HEAT TRANSFER AUGMENTATION IN GAS-FIRED RADIANT TUBE BURNERS BY POROUS INSERTS: EFFECT OF INSERT GEOMETRY

This article presents the results of an experimental investigation of heat transfer augmentation by porous media in a natural gas-fired radiant tube burner. The results show that significant heat transfer augmentation is possible with the use of porous ceramic inserts in both premixed and nonpremixed gas-fired radiant tube burners. Furthermore, this work has shown that geometry variations in the porous insert configuration can appreciably alter both heat transfer rates and mixing and chemical reaction rates in these systems. In the case of nonpremixed flames, the effect of variation of insert geometry is more than simple heat transfer augmentation via gas enthalpy conversion to thermal radiation by the porous medium. There is also a significant alteration of the reactive gas mixing (and therefore chemical reaction and heat release) rates along the length of the tube. The basic mechanisms that control the mixing rate and heat release distribution in these systems are still unknown. Nevertheless, it appears reasonable to expect that optimal operating conditions (uniform, maximum heat flux and temperature; and even minimal NO_x emissions) can be achieved, at least in the diffusion burner case, solely through porous insert geometric configuration variations.     

A Lattice Boltzmann Model for Fluid-Solid Coupling Heat Transfer in Fractal Porous Media

We report a lattice Boltzmann model that can be used to simulate fluid-solid coupling heat transfer in fractal porous media. A numerical simulation is conducted to investigate the temperature evolution under different ratios of thermal conductivity of solid matrix of porous media to that of fluid. The accordance of our simulation results with the solutions from the conventional CFD method indicates the feasibility and the reliability for the developed lattice Boltzmann model to reveal the phenomena and rules of fluid-solid coupling heat transfer in complex porous structures.     

圆管内插入螺旋片状多孔介质的换热性能及场协同分析

采用数值计算的方法,以水为流动介质,研究了圆管内插入螺旋片状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并与环状和圆柱状多孔介质插入物进行了对比,此外,利用场物理量协同原理对计算结果进行了分析。结果表明,在圆管内插入螺旋片状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC达到3.60～3.95.