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     

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。     

多孔材料强化管内对流换热的数值研究

对多孔材料强化管内换热进行了数值研究,详细讨论了多孔材料厚度(0≤e≤1)和渗透率(10-5≤Da≤10)等参数对管内换热特性和压力损失的影响.结果表明:利用多孔材料调整流场分布,剪薄边界层厚度,能够有效地增强管内换热.当Da=10-4时,管内充分发展Nu数最大能够增至空管时5.5倍左右.但管内压力损失随着多孔材料厚度e的增加或Da数的减小而急剧增大.因此在实际应用中,应采用部分填充多孔材料,文中建议最佳的多孔材料厚度e取O.6左右,此时换热可以得到相当程度的强化,而且压力损失控制在可接受的范围内.     

多孔介质中超临界C O2对流换热数值模拟

本文对超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热进行了数值模拟研究.结果表明,超临界条件下二氧化碳剧烈的变物性对多孔介质中的对流换热会产生很大影响;局部热平衡条件下对流换热系数的数值计算值比局部非热平衡条件下的计算结果大;对流换热系数随着颗粒直径的增大而增大.     

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。     

空气在多孔介质中对流换热的数值模拟

本文对空气在多孔结构中的对流换热进行了数值研究．数值模拟与实验的比较表明,对空气在玻璃或轴承钢颗粒多孔结构中的对流换热进行数值模拟时,应采用考虑热弥散效应的局部非热平衡模型．本文还研究了颗粒直径、颗粒导热系数、空气物性随压力的变化及粘性耗散等对换热的影响．     

复杂多孔介质腔体内自然对流换热的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLEC算法,数值研究复杂多孔介质腔体内的自然对流换热问题.腔体的曲面温度分别保持恒定,上下表面绝热.在曲线坐标系中用有限容积法离散方程,并采用Brinkman扩展达西模型及局部非热平衡模型求解,综合研究Rayleigh数,Darcy数、孔隙率等参数对腔体内自然对流换热的影响.计算结果表明:Rayleigh数和Darcy数的影响最大而孔隙率的影响很小,同时存在使得腔体内换热达到最强的最佳纵横比.     

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。     

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

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。     

颗粒有序堆积多孔介质对流换热实验研究

本文采用"瞬态单吹反问题研究方法"对颗粒有序堆积多孔介质内的强制对流换热进行了实验研究。详细研究了颗粒堆积方式变化对多孔介质内对流换热的影响,并对均匀与非均匀颗粒堆积多孔介质内的对流换热特性进行了对比分析。研究表明:通过对颗粒进行合理有序堆积,可以使相应多孔介质内的压降显著降低,其综合换热效率明显提高;通过拟合获得了颗粒有序堆积多孔介质内的宏观流动换热实验关联式,其形式与传统经验公式(Ergun公式和Wakao公式)一致,但部分模型参数值远低于传统经验公式。     

离心力场作用下多孔介质中强制对流换热的研究

对离心流化床中空气通过多孔物料层的强制对流换热进行了理论和实验研究。获得了气流和物料间强制对流换热的准则关联式。研究结果表明,在气流速度和温度梯度方向一致的条件下,强制对流换热比通常的边界层强制对流换热有所强化,其换热的准则关联式具有 Nu=CRePr的线性形式。从而验证了改变气流方向和热流密度矢量之间夹角可以强化换热的这一强化传热新原理。     

圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析

本文运用数值计算的方法,以空气为流动介质,研究了圆管内插入环状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并进行了场协同分析.结果表明,在圆管内插入环状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC值随Re数的增大呈现缓慢增大的趋势.多孔材料的孔隙率对综合性能的影响最为明显,孔隙率越高,综合性能越好.     

局部热壁面多孔介质方腔内自然对流的数值研究

本文对上下壁面绝热、左侧壁面长度为b的嵌装加热器部分维持恒定温度T_h而剩余部分绝热,且右侧壁面维持恒定温度T_c的多孔介质方腔内的自然对流换热进行了数值研究.在热壁面无量纲长度B=0.5(B=b/L)的条件下,综合研究了左侧壁面受热部分中心距上壁面的无量纲长度D(D=d/L)、Da数、Ra数和孔隙率对腔体内自然对流换热的影响.数值计算结果表明,左侧壁面受热部分位置的不同对腔体内自然对流换热有很大的影响,D在0.6附近取值时,Na数最大.Da数、Ra数对腔体的自然对流换热影响较大,而孔隙率对换热的影响较小.     

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.     

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     

周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究

对充满多孔介质的倾斜方腔,在其上下壁面绝热、右侧壁面维持恒温To及左侧壁面温度基于To随时间按正弦规律变化的情况下,采用Brinkman扩展达西模型和SIMPLER算法对方腔内的自然对流与换热进行了非稳态数值模拟,方腔倾角α的范围为0°～90°,Pr数为1,Ra数为106.计算研究不同的振荡频率和方腔倾角对方腔内对流换热的影响.数值模拟结果表明:振荡频率f为60π,方腔倾角为43°时,方腔内的换热最强.     

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。     

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。