多孔介质内复合对流传热传质的数值分析
基于多孔介质的热传导特性研究及数值模拟
基于多孔介质的热传导特性研究及数值模拟热传导是热力学中重要的基础问题，其研究涉及工程、物理、化学、材料、地质等领域，其中基于多孔介质的热传导特性研究具有重要的理论和实际意义。
多孔介质主要是指由孔隙分隔的热传导介质，其热传导特性受控于介质孔隙结构，对于理论研究和工程应用均存在重要意义。
首先，对多孔介质的热传导特性进行分析应该从介质内部结构入手，多孔介质内部的孔隙随机分布对于热传导的影响非常重要，对于多孔介质的热传导特性进行描述需要从微观角度入手，就是对于孔隙尺度和样品的物理尺寸的比例进行描述。
其次，热传导定律是热传导特性研究中的重要概念，它可以用来解释热传导的基本原理及其数学模型，当介质中存在多个孔隙时，其间的电磁场互相作用，以及孔隙的导热性质也会对于热传导定律产生一定的影响，这也是多孔介质热传导研究中必须考虑的问题。
同时，将热传导定律应用于不同的多孔介质，可以验证不同孔隙分布方式和孔隙形状对热传导性能的影响。
第三，多孔介质的热传导特性研究需要利用一些复杂的数学模型进行计算和研究，一种比较常见的方法是利用数值模拟，例如有限元法等计算方法可以被广泛应用于多孔介质的热传导特性分析中。
在数值模拟中，需要建模多孔介质的三维空间结构，并利用合适的物理参数和数值方法进行模拟运算。
第四，多孔介质的热传导特性研究对于工程实践有直接的指导意义，比如对于地热开发和储罐热损失等方面有着重要的应用。
在地热开发中，由于孔隙介质的存在，地下温度的分布状态存在很大不均质性，而多孔介质的热传导特性分析可以为地热开发提供指导，例如采用热泵技术等降低地下温度的变化幅度。
此外，在石油、化工等领域的热处理过程中，对于多孔介质的热传导特性的分析也可以为生产工艺提供重要支持。
总之，基于多孔介质的热传导特性研究是一个多学科交叉融合的课题，它涵盖了物理、化学、电磁学、工程等多个领域，有着极为重要的理论和实际意义。
建立适当的数学模型和分析方法，对于多孔介质热传导特性的研究和应用具有重要的意义。
存在非均匀内热源的多孔介质内自然对流传热传质的数值研究
换 热器、化工过程和 电子系统 的冷却、 颗粒 堆积床 中的放 热 化学反应 中都会涉 及具有 内热源 的多孔介质 中 自然对流 传 热传质 过程 。 Ｊ 有人对竖直管道 中的 自然对流传热传质进行 了 数值和 实验 研究 。梁森森等 分析 了可燃 多孔介质 传热 机理 ， 建 立了相应导热计算模型 ， 出了典型物种在 内热源作 用下的 给 内部温 度场 。张 国强、金志 明等 研 究了含 内热源 圆柱 形多孔 介 质 内不 均 匀温 度 分布 产 生 的浮力 效应 引起 的 自然对 流 。 Ｋｌ ｉ ［应用 ＤＢ ａ ａ４ ｄ ｓ１ Ｆ模式 ，系统地研究 了 Ｂ ｎ ｒ ｅ ａｄ对流 ，发现对 流 的促 发强烈依 赖于 流动 Ｐａ ｄｌ ｒｎ ｔ数、Ｄａ 数和热传 导系数。但 是 对诸 如石 油热 采和井 下换热器 以及类 似实 际工 程 中常 见 的具有非均匀内热源的情况， 研究尚不充分 ， 资料仍然十分有限。 文 章对具有 非均匀 内热源 的竖直套管 中 自然对 流传热传 质进行 了数值分析 ， 重点讨 果 与 讨 论
２１ 与 实验数 据 的 比较 ．
首先在 ＝ｏ１ 无内热 源时） ＝５ ３ ，Ａ＝１条件 下进 （ｐ ￣ ，尼 ． ８ ３ 行 了计算 。所得数值结果与 Ｄｅ ｅ１实验值进行 了比较 。图 ２ ｉ ｒｌ ｂ ６ 给出 了采 用 Ｄ ｉｅ 文 中定义 的局部 Ｎ ｓｅ 数 的实验结果与 ｅ ｒ ｂ ｕ ｓｌ ｔ 数值 解的 比较 。由图可看 出，实验值与数值解 吻合较好 。
ａ 观 ＼ 一 ｚ 。Ｉ Ｒ 未 ａＡ ｃ ａ ａ Ｒｚ一 ｚ Ｒ 乏 ＋０ ｃ ＼
一
Ｏ ＝Ｌ Ｒ
ｅ
式中 ， 为 内热源分 布系数 ，表征 内热 源强 度沿径 向变 化 的梯 度大小 。为 反应温度梯 度和浓度梯 度相对大小 和方 向 得浮 力比 ， 力比 Ⅳ反映 了物 质扩散浮 力和热浮力 的耦合关 浮 系 ，当 Ｎ＞ ０时，由温度梯度产 生的热浮 力和 由浓度梯 度产 生 的物质 扩散浮 力方向相 同 ，二浮力作 用相互加强 ，推 动流体 在封 闭体 内流 动。Ｎ ０时 ，表 明热 浮力和物 质扩散浮 力方 向 ＜ 相 反 ，二浮力 相互 削弱 。文章研 究所 用参 数为 ：Ａ Ｉ ０ ＝ ～２ ， Ｒ ／ ａ １０ １０ ，￣ 一．～ ５ ，Ｌ ＝ ．～ ５ ， ＝０ １ 。收 ａＲ ｉ ５ － ０ ０ ＝５０ ． ｅ ０１ ， ＝ ０ ０ ～ ０ 敛判据为最大相对误差小于 １～ 。 ０
多孔介质中热对流二次分岔的数值分析
多孔介质中热对流二次分岔的数值分析随着科学技术的发展，多孔介质中热对流二次分岔成为当今热物理学中的一个主要研究课题。
多孔介质热对流二次分岔是由有限容积方程和有限体积差分连续力学模型描述的一个复杂的物理现象，它涉及温度未知的边界边值问题、无限维非线性稳定性和混沌等关键问题。
为了更好地了解多孔介质中的热对流二次分岔，有必要研究其背后的数学模型，采用数值方法对其进行分析。
热对流二次分岔是一种热对流失散现象，它表现为急剧变化的温度场现象。
在多孔介质中，由于受到物质特性的影响，这种变化更为明显。
热对流二次分岔是混沌现象的重要组成部分，它也是几何实体中温度场的演化过程中的重要表征。
因此，研究多孔介质中的热对流二次分岔具有重要的实践意义。
在多孔介质中的热对流二次分岔，有若干数学模型可以供研究使用，包括泊松方程、拉普拉斯方程、半空间多孔介质和热传导方程等。
其中，泊松方程是最常用的模型，它由三个不变量组成，包括时间、温度和化学物质的浓度。
此外，它还涉及到对流变量的模型参数，这些模型参数可以用来描述多孔介质的热传导性能、热容量和对流热传递系数等特性。
有限容积方程用于描述多孔介质的热流动，这是一个涉及三个自变量的非线性方程组。
采用数值方法分析多孔介质中的热对流二次分岔通常基于有限元法，利用有限体积差分连续力学模型对泊松方程进行数值求解，以求得多孔介质中热对流二次分岔的解析解。
采用有限元法分析多孔介质中的热对流二次分岔，需要构建定常热对流模型，然后基于欧拉方程进行数值求解。
有限元法的优势是具有较高的正确性和准确性，但缺点是耗时较长。
以上是关于多孔介质中热对流二次分岔的数值分析的总体介绍，未来的研究重点将针对热对流二次分岔在多孔介质中的演化过程，研究有限元分析方法以及探讨半空间多孔介质模型的数值求解等问题，以深入探讨多孔介质中热对流二次分岔的数值分析。
具有非均匀内热源的多孔介质中自然对流传热传质的数值研究
具有 非均 匀内热 源 的 多孔介 质 中 自然对流传 热传质 的数 值研 究
３ ５
分析与测试
１ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｌ
一
具 有 非 均 匀 内热 源的 多孔 介 质 中
自然 对 流 传 热 传 质 的数 值 研 究
李 栋 涂郑禹 李 贤宇 邓 玉 美
（ 天津 渤海职 业技 术 学院 ， 津 ，０ ０ ２ 天 ３０ ２）
方 向相反 ， 浮力相 互 削弱 。 二
本文研究所用参数 为： Ａ一１ ０ ｋ ～１ ， ～２ ， 一２ ｏ
ＲａＲａ＝ １ ０～ １ ０ ， ／ ｉ ５ ０ ０ Ｎ一一． ～ ５ ０ Ｌ 一 ０ １ ５０ ．， ｅ ． ～
５ ０ Ｍ 一０ １ 。收 敛 判 据 为 最 大 相 对 误 差 小 于 ．， ～ Ｏ
ａ ／ｚ＝０Ｃ＝０ ｒａ ，
图 １ 物理 模 型 及 坐 标 系
换热器［以及类似实际工程中常见 的具有非均匀 内 ５ ］ 热源的情况 ， 研究 尚不充分 ， 资料仍然十分有限。
本文 对具 有非 均 匀 内热源 的竖直 套管 中 自然 对
流传热传质进行了数值分析 ， 重点讨论了内热源对
的放热 化学 反应 等 。不 同的研究 者对 竖直 管道 中 的
腔体。上表 面浓度 Ｃ ， 下底 面浓度 Ｃ ， 为 Ｈ， ０高 半 径为 ｚ 。内外壁面存在温度差 ， 侧面不渗质 。套管
管 隙 内分 布有 非均 匀热源 ， 且在 管壁 处分 布密 集 ， 并 管 隙 中心 分 布最为 稀薄 ， 内热源 强度 随径 向变 化 。 即
根据 Ｄ ｒｙＢ ｉｋ ｎ Ｆ ｒｈ ｅ ｒ 型 ， 用 ａｃ － ｒ ｍａ－ ｏ ｃ ｈ ｉ 模 ｎ ｍｅ 采
多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究
多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究一、本文概述本文旨在全面深入地研究多孔介质中的相变传热与流动现象，并探讨其在多个应用领域中的实际价值。
多孔介质广泛存在于自然界和工程实践中，如土壤、岩石、生物组织以及许多工业材料。
在这些介质中，相变传热与流动过程对于理解许多自然现象以及优化工程设计具有重要意义。
本文将围绕多孔介质中的相变传热机制、流动特性以及若干应用案例展开详细的论述。
本文将系统地梳理多孔介质相变传热与流动的基本理论，包括多孔介质的基本性质、相变传热的基本原理以及流动的基本规律。
在此基础上，我们将建立相应的数学模型和数值方法，以定量描述多孔介质中的相变传热与流动过程。
本文将深入探讨多孔介质相变传热与流动的关键问题，如相界面演化、热质传递、流体流动以及多孔结构对传热流动的影响等。
我们将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种手段，揭示多孔介质相变传热与流动的内在规律和影响因素。
本文将关注多孔介质相变传热与流动在若干领域的应用研究，如能源工程、环境工程、生物医学工程等。
我们将结合具体案例，分析多孔介质相变传热与流动在这些领域的应用现状和发展趋势，为相关领域的工程实践提供理论支持和指导。
通过本文的研究，我们期望能够加深对多孔介质相变传热与流动现象的理解，推动相关领域的理论发展和技术进步，并为实际工程应用提供有益的参考。
二、多孔介质相变传热与流动的基本理论多孔介质，作为一种由固体骨架和分散在其间的孔隙或空隙组成的复杂结构，广泛存在于自然界和工程应用中。
多孔介质中的相变传热与流动现象，涉及到热质传递、流体动力学、热力学和相变动力学等多个领域，是热科学和流体力学研究的热点和难点。
在多孔介质中，相变传热主要指的是在固-液、液-气或固-气等相变过程中，热量通过多孔介质骨架和孔隙中的流体进行传递。
由于多孔介质的复杂结构，相变传热过程不仅受到热传导、热对流和热辐射的影响，还受到孔隙结构、流体流动、相变材料性质以及外部条件（如温度、压力等）的制约。
多孔介质燃烧_换热器内燃烧和传热的数值模拟
第 25卷第 6期 2010年 11月热能动力工程J OURNAL OF ENG I N EER ING FOR THERMA L ENERGY AND POW ER Vo. l 25, No . 6N ov . , 2010收稿日期 :2009-09-23; 修订日期 :2010-02-25基金项目 :辽宁省教育厅科学研究计划基金资助项目 (2008491; 辽宁省博士启动基金资助项目 (20081073; 国家自然科学基金资助项目(50476073(, , .文章编号 :1001-2060(2010 06-0648-05多孔介质燃烧 -换热器内燃烧和传热的数值模拟徐有宁 1, 史俊瑞 1, 解茂昭 2, 薛治家1(1. 沈阳工程学院沈阳市循环流化床燃烧技术重点试验室 , 辽宁沈阳 110136;2. 大连理工大学能源与动力学院 , 辽宁大连 116024摘要 :通过建立二维数值模型研究了多孔介质燃烧 -换热器内的燃烧和传热。
研究系统配置对燃烧 -换热器热效率和压力降的影响。
结果表明 , 换热管的纵向距离对燃烧器内温度分布、传热速率和压力损失有显著的影响。
减小换热管纵向距离 , 热效率和压力损失增大 , 而换热管的水平距离对热效率和压力损失的影响很小。
另外 , 增大小球直径导致热效率增大和压力损失的急剧减小。
数值模型的有效性通过实验进行验证。
关键词 :多孔介质 ; 燃烧换热器 ; 二维单温模型 ; 传热 ;压力损失 ; 温度中图分类号 :TK411. 1 文献标识码 :A引言将多孔介质燃烧器和换热器集成于一体的多孔介质燃烧 -换热器 , 具有功率调节范围大、结构紧凑、热效率高和污染物排放低等优点[1~3]。
Tri m i s和 Durst 设计的多孔介质燃烧 -换热器 [1], 比同功率常规换热器体积缩小了 20倍 , 负荷调节为 1 20, 在过量空气系数为 1. 1~1. 8时 , 烟气排放中 CO 体积分数小于 10-5, NO x 体积分数为 (2~20 10-6。
新型多孔微热沉流动与传热的耦合数值分析
ｉ ｆｕ ｎｃ ｓｏｆｈ ａ ｕ 。ｉ ｌ ｔｆｕ ｄ ｖ ｌ ｉ ｄ ｉ ｌｔｌＣ ｉ ｎ ｏ ｃｏ ｈ ａ ｉ ｒ ｉｃ ｓ ｄ ｉ ｅ ａｌ Ｔｈ ｎ ｅ ｅ ｅ ｔｆ ｘ ｎ ｅ ｉ ｅｏｃｔ ａ ｎ ｅ Ｏ ａ ｏ ｆｍｉｒ ｅ ｓｎ ｗｅ ｅ ｄ ｓ ｕｓｅ ｎ ｄ ｔｉ． ｅ ｌ ｌ ｌ ｙｎ ｔ ｔ ｋ
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ＫＩ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｃｏ ｊｇ ｔ ｍｅｉａ ａ ｓ ｆ ｌｗ ａ ｄＨｅｔ ｒｎｆｒ ｎｕ ａｅ Ｎｕ ｒｃｌ ｌ ｉｏ ｏ ｎ ａ ａ ｓｅ Ａｎ ｙ ｓ Ｆ Ｔ
ｉ ｖｅ ｏ ｉ ｒ ｅ ｔＳｉ ｎ ａ Ｎｏ ｌ Ｐｏｒ ｕｓＭ ｃ ｏＨ ａ ｎｋ
Ｗ ｌｆｒ ｈ ｃ ｅｔ ｉ ａ ｒｐ ｓｄａ ｄｓｌ ｄｗｉ Ｉ 【Ｌ ｇ ｒｈ ａ ｏｊｇ ｔ ｐｏ ｌ Ｔ ｅ ａ ｅｍｉ ｏｈ ａ ｓ ｋ Ｗ ｐｏ ｏｅ ｏｖ ｔ ＳⅣＩ Ｅ ａ ｏｉ ｍ ｓａｃｎｕ ａｅ ｒｂｅ ｌｏ ｔ ｒ ｎ ｓ ｎ ｅ ｈ ） ｌ ｔ ｍ． ｈ
作原理 和特 点，建立 了微热沉金属 壁面的传热 以及多孔 区域 的流动与传热 的耦合 数学模型 ，并用 ＳＭＰ Ｅ算法对其进 Ｉ Ｌ
行整场 求解，详细讨论 了不 同的热流、回流液入 口速度 以及进 口位 置对多孔微热沉传热性 能的影响。数值计算结果表 明，多孔 微热沉在高热流密度情 况下，加热表面能维持较低 的温度 水平。热流越 大，加热表面 的温 度就越高 ；增加 回 流液体 的入 口速 度可 以明显 的降低 微热沉加热表面及底面 的温度水平 ；多孔微热沉的下进 口方 式能够减小散热表面温 度 的不均匀性 。多孔 微热沉系统能有效解决高热流密度 电子元器件的散热 问题，提高器件可靠性与使用 寿命 。 关键词 ：多孔微热沉 ；多孔介质；传热；高热流密度：散热
多孔介质流动与传热特性的数值模拟与优化
多孔介质流动与传热特性的数值模拟与优化多孔介质是一种具有复杂结构和多尺度特性的材料，广泛应用于工程领域中的流体力学与传热过程。
对多孔介质的流动与传热特性进行准确的数值模拟和优化，对于提高工程设备的效率和性能具有重要意义。
一、多孔介质流动与传热的数值模拟方法多孔介质的数值模拟方法主要包括连续介质模型和离散介质模型。
连续介质模型基于宏观平均方程，将多孔介质看作均匀、各向同性的连续介质，通过求解宏观平均方程，得到多孔介质的宏观流动和传热特性。
离散介质模型则采用微观尺度的方法，将多孔介质看作由许多微观单元组成的离散介质，通过求解微观单元的运动方程，得到多孔介质的微观流动和传热特性。
1.1 连续介质模型连续介质模型是最常用的多孔介质数值模拟方法之一。
在连续介质模型中，多孔介质的宏观流动和传热特性通过求解质量守恒、动量守恒和能量守恒方程得到。
对于流体流动，常用的连续介质模型包括达西-布里兹模型和林布尔格-奥斯特罗姆模型等。
对于传热过程，连续介质模型可以采用经验规则，如埃尔福特数、修正努塞尔数等，进行数值模拟。
1.2 离散介质模型离散介质模型是一种基于微观尺度的多孔介质数值模拟方法。
在离散介质模型中，多孔介质的微观流动和传热特性通过求解微观单元的运动方程得到。
常用的离散介质模型包括网格模型、直接模拟孔隙度、分子动力学模型等。
离散介质模型通常具有更高的计算精度和更丰富的物理细节，但计算复杂度也更高。
二、多孔介质流动与传热特性的数值模拟优化方法多孔介质的数值模拟优化方法主要包括网格优化和参数优化两个方面。
网格优化通过调整计算网格的精细程度和结构，提高数值模拟的计算精度和效率。
参数优化通过调整模型中的各种参数，提高数值模拟的准确性和可靠性。
2.1 网格优化网格优化是提高多孔介质数值模拟精度和效率的重要手段。
传统的网格优化方法包括均匀网格划分、自适应网格划分和多重网格方法等。
近年来，基于人工智能和机器学习的网格优化方法也得到了广泛应用。
多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析_刘宇卿
多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析刘宇卿韩战（中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，100083）摘要：针对多孔介质传热传质的复杂性，本文利用非等径球颗粒模型构建了一类由颗粒胶结而形成的多孔介质，通过Fluent数值模拟对多孔介质热传导机理进行了研究，得出了多孔介质骨架颗粒的热传导规律，证明了利用局部非热平衡模型研究多孔介质传热的正确性，得到了孔隙介质颗粒体表面热流密度与内部流速、粒径尺寸有重要的内在联系。
其中对非等径球体颗粒堆积模型的研究证明了在同一多孔介质体内不同粒径尺寸的颗粒流固壁面热传导系数也存在不同。
在对渗流问题进行分析时，提出了等径球规则排列模型的不足，并分析了其中原因，然后利用非等径球模型再次对砂岩渗流问题进行了研究，得到了更好的结论。
关键词：多孔介质，球体颗粒模型，数值模拟，传热一、引言本文将通过构建的球体颗粒排列的多孔介质模型结合多孔介质传热传质理论来进行数值模拟工作。
考虑到砂岩中石英的导热系数相对较小，在传热机理分析时，我们采用传热系数相对大的铜作为骨架颗粒，将模拟结果进行提取、分析，并与经验公式进行比对，验证颗粒排列模型分析方法的可行性，并做出简要总结。
之后我们利用石英作为骨架颗粒构建砂岩模型，对不同渗流情况下砂岩模型的传热情况进行分析。
得到砂岩模型的导热系数、渗透情况等。
最后利用砂岩模型与工程实际进行比对，确定此模型的适用性。
二、研究方法及模型的建立2.1 模型建立在低流速情况下，与等径模型相同的是在流速方向上球体颗粒表面热流密度呈递减趋势，不同点是非等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度有些高于等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度。
原因是低流速情况下由于上排颗粒及周围液体固液面平均温差相对较小，且温穿透层更厚，所以有更多的热流密度通过固体间的接触传递往下排颗粒，加上大球之间又有小球存在，加大了往下层颗粒的导热量，但同时小球颗粒面也和周围液体存在热量的传递，所以综合看来，与等径球颗粒模型相比，对应点有些较高有些则较低。
多孔介质中流体流动与传质特性研究
多孔介质中流体流动与传质特性研究摘要：多孔介质是一种实际存在的材料，广泛应用于地质工程、环境工程、化学工程以及生物工程等领域。
对多孔介质中流体流动和传质特性进行深入研究，有助于优化工程设计和提高工程效率。
本文将从多孔介质的基本概念入手，介绍流体在多孔介质中的流动行为和传质特性，重点讨论影响多孔介质中流体流动和传质的主要因素，以及相关研究方法和技术。
1. 引言多孔介质是一种具有孔隙结构的材料，由于其具有大量的细小孔隙和表面积，广泛应用于各个领域。
多孔介质中的流体流动和传质过程是很多工程问题的基础，因此对其进行研究具有重要的实际意义。
2. 多孔介质中的流体流动多孔介质中的流体流动是指在孔隙空间中的流动过程。
多孔介质的渗透性是影响流体流动的重要因素之一。
渗透性可以通过介质孔隙大小、形状以及孔隙间的连通性来描述。
此外，多孔介质的孔隙率也会对流体流动产生影响。
孔隙率越高，流体流动的通道越多，流速越大。
研究多孔介质中流体流动的方法主要包括实验观测、数值模拟和解析分析。
3. 多孔介质中的传质特性传质是指物质在多孔介质中的扩散和对流过程。
多孔介质中的传质特性与介质的孔隙结构、渗透性以及流体性质密切相关。
传质过程可以通过测量物质浓度分布以及质量传递率来表征。
多孔介质中传质的主要方式有扩散和对流传质。
扩散是物质通过多孔介质孔隙间的分子扩散传递，而对流传质是通过流体流动带动物质传输。
研究多孔介质中传质特性的方法主要包括实验测量和数值模拟。
4. 影响多孔介质流体流动与传质的因素4.1 孔隙结构多孔介质中的孔隙结构是影响流体流动和传质的重要因素之一。
孔隙大小、孔隙形状以及孔隙间的连通性都会对流体流动和传质产生影响。
孔隙结构决定了介质的渗透性和传质性能。
4.2 温度和压力温度和压力是影响多孔介质中流体流动和传质的重要参数之一。
随着温度升高，流体的黏度减小，流动性增强。
而压力则会对多孔介质的渗透性产生较大影响。
4.3 流体属性流体的性质对多孔介质中流体流动和传质也有较大的影响。
多孔介质流体的数值方法及其分析与计算
多孔介质流体的数值方法及其分析与计算多孔介质中的流体流动过程广泛应用于人们生产和生活的各个方面,大到油气田的生产开发、地下水源污染状况的预测与治理、海水入侵、为减缓气候变暖而实施的二氧化碳地下埋存、卫星和电动汽车的燃料电池的设计、以及生物数学和医学的应用,小到婴儿尿片的设计、照片和纸张中油墨的分布、高级防寒服及鞋的设计等等,所以对多孔介质中流体流动的研究引起了包括数学、物理、化学、环境、生物和医学等许多领域的研究人员的兴趣,而且他们的研究工作也在逐渐影响和改变着人们的生活。
我们知道流体在多孔介质中流动的过程中会发生多种复杂的物理化学变化,而用来描述这些变化的数学模型通常可归结为依赖时间的强耦合的非线性偏微分方程组,特别是随着科学与工程的迅速发展以及计算机计算能力的提高,我们越来越意识到该方程组的解的结构非常复杂,而且解本身具有动态的变化剧烈的界面。
尤其是界面周边的区域往往是物理和化学变化最为强烈的地方,所以需要准确的求解；但是由其自身的复杂性,必然会给数值模拟带来这样那样的困难。
那么如何采取更有效的数值方法,使得问题的物理过程得到更加直观的模拟,进而为工业生产提供理论基础和科学依据,这是数学科研工作者需要共同面对的任务.本文主要针对由多孔介质中流体流动过程(当然也包括其它问题)的数学模型所确定的依赖时间的对流扩散方程或耦合的偏微分方程组做了部分研究工作,其中包括构造合理有效的数值算法,然后对数值算法进行理论分析,并通过科学计算加以验证.虽然在算法的构造和分析过程中我们主要考虑一般的对流扩散方程或方程组(就是说不假定这些问题必须出现于多孔介质流体),但是会不时地回顾多孔介质流体的应用背景,这样可以更加明确这些模型的物理及数学特性,从而有助于我们有针对性地构造有效的算法及进行分析与计算。
因为涉及到的问题面比较广,所以具体问题的实际研究背景我们在具体的章节中再做详细的介绍.本文的主要内容可分为四部分：第一部分基于实际应用的物理背景,构建了本文要讨论的数学模型.第二部分到第四部分是本文的主体,其中第二部分主要讨论依赖时间的对流扩散方程,我们为其构造了多种数值算法,并通过理论分析,获得了许多重要的分析结果,比如关于小参数一致的最优误差估计、关于退化系数一致的最优误差估计和间断有限元方法的最优误差估计等等。
多孔介质流体力学与传热特性分析
多孔介质流体力学与传热特性分析多孔介质流体力学与传热特性分析是研究多孔介质内部流体流动和传热过程的一门学科。
多孔介质是由固体颗粒或纤维构成的，具有复杂的孔隙结构和流动通道。
在自然界和工程领域中，多孔介质广泛存在于土壤、岩石、过滤材料、燃料电池等多种介质中。
了解多孔介质的流体力学和传热特性对于优化多孔介质的设计和应用具有重要意义。
多孔介质的流体力学特性主要包括渗透性、阻力特性和流动行为。
渗透性是指流体通过多孔介质的能力，主要受到孔隙结构和孔隙率的影响。
孔隙结构越复杂，孔隙率越高，渗透性越差。
阻力特性是指流体在多孔介质中流动时受到的阻力大小，主要受到孔隙结构、孔隙率和流速的影响。
流动行为包括层流和湍流两种形式，层流主要发生在低速流动条件下，而湍流则发生在高速流动条件下。
多孔介质的传热特性主要包括导热性、对流传热和辐射传热。
导热性是指多孔介质内部传热的能力，主要受到固体颗粒或纤维的导热性能和孔隙结构的影响。
对流传热是指流体通过多孔介质时与固体颗粒或纤维之间的传热过程，主要受到流速和孔隙结构的影响。
辐射传热是指多孔介质内部的辐射传热过程，主要受到多孔介质的吸收率和散射率的影响。
在多孔介质流体力学与传热特性分析中，常用的数学模型包括达西定律、布里渊方程和修正的达西定律等。
达西定律是描述多孔介质中流体流动的经典模型，它建立了流速和压力梯度之间的关系。
布里渊方程是描述多孔介质中传热过程的经典模型，它建立了传热速率和温度梯度之间的关系。
修正的达西定律是对达西定律的修正和改进，考虑了多孔介质内部的非均匀性和非线性特性。
多孔介质流体力学与传热特性分析的应用非常广泛。
在地下水资源开发和管理中，了解多孔介质的渗透性和流动行为对于合理利用地下水具有重要意义。
在过滤和分离过程中，了解多孔介质的阻力特性和传热特性对于提高过滤和分离效率具有重要意义。
在燃料电池和热交换器等设备中，了解多孔介质的导热性和对流传热特性对于提高能源转换效率和传热效率具有重要意义。
多孔介质壁面封闭腔体自然对流传热的数值模拟
多孔介质壁面封闭腔体自然对流传热的数值模拟
本文旨在探讨多孔介质壁面封闭腔体自然对流传热的数值模拟。
我们首先从物理模型出发，将传热传质问题抽象为一个熵功率方程，然后介绍多孔介质的有限
体积模拟器的数值方法。
接下来，我们使用不同的参数设定，模拟多孔介质封闭腔体自然对流传热。
最后，通过比较实验和数值结果，总结该模型及其模拟结果。
一、物理模型
在两性介质中，自然对流传热问题可以抽象为熵功率方程。
这个方程的正确求解是求解多孔介质封闭腔体自然对流传热的重要基础。
在定义模型方程时，要根据实际情况，把壁面换热和流体的流动数学模型耦合起来。
二、多孔介质的有限体积模拟器
为了模拟多孔介质封闭腔体自然对流传热，我们使用了有限体积模拟器。
有限体积模拟器可以解决复杂流体流动和换热过程，而且不会导致引入额外的模糊不确定性。
假定流体在每个控制体中具有均匀物性参数，有限体积模拟器可以求解二次重磁微分方程。
三、模拟实验及结果
为了通过将多孔介质封闭腔体自然对流传热的熵功率方程应用到有限体积模拟器，我们采用了3种不同的参数设定。
使用不同的流动参数，我们可以模拟出不同的传热行为。
为了比较实验和模拟结果，我们模拟了一定条件下的多孔介质封闭腔体自然对流传热，比较了实验结果和数值结果，得到了较好的拟合效果。
最后，我们结合模拟结果和实验结论，总结了本文模型及其模拟结果：除了考虑壁面换热系数外，传热性能的复杂性也取决于流体的物性参数和流体的流动速度；流动参数对传热性能的影响很大，流动参数决定了传热行为的显著不同；此外，多
孔介质有限体积模拟器在模拟多孔介质封闭腔体自然对流传热方面表现出良好的准确性和稳定性。
多孔介质保温材料复合比例对传热及流动性能影响研究
doi:10.3969/j.issn.1672-6375.2022.07.011收稿日期：2022-03-14基金项目：沈阳城市建设学院2020年校级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：202013208074）。
作者简介：李冉（1998-），男，大学本科在读，主要从事暖通工程相关工作。
通讯作者：曹明（1989-），女，硕士，工程师，讲师，主要研究方向：流固耦合强化传热，建筑节能新技术。
1研究背景与意义自20世纪80年代以来，我国不断开展建筑节能技术研究和推广应用，目前我国外墙保温行业处于加速发展阶段［1］。
基于我国400亿m 2的既有建筑中，高达95%以上为高能建筑；根据中国建筑能耗研究报告（2020）成果显示：建筑能耗占能源消费总量46.5%。
由此可见，建筑节能地实施与推行势在必行。
我国建筑节能应用认为保温材料是以减少热损失为目的，当平均温度≤350℃时，导热系数＜0.12W/（m·K ）的材料即为保温材料；在一般建筑领域，认为当温度＜常温（20℃）时，导热系数＜0.233W/（m·K ）的材料即为保温材料。
当前，投入使用的保温材料有无机材料和有机材料两种。
无机材料以岩棉板使用最多，有机材料以聚苯乙烯板（EPS ）应用最广［2］。
近些年，EPS 凭借其质量轻及优越的保温隔热、吸声性能迅速占领我国保温材料最大市场，但随着批量化生产，其劣势日益显现。
即EPS 抗火灾性能差、与建筑物不同寿命、环境污染、工程造价高、与砖墙难结合、易变性、污染环境等不可逆转的缺点，因此无法应用于密集建筑及高层建筑。
无机材料在国外应用较广，在我国市场占有率较低［3］，其与有机材料相比，保温性能稍弱、容重偏大、占地面积较大，但凭借其不燃特性、与建筑物同寿命、环保无污染、造价低、施工方便、抗压抗拉能力较好等显著优势，也逐渐得到市场认可，发展前景良好。
综上分析，当前外围护结构的保温模型多局限于上述保温材料的单独使用，而无机保温材料和有机保温材料均存在不可替代的优势和不可忽略的劣势，在保温效果、防火性、稳定性、耐久性等方面，单层多孔介质保温材料很难同时满足各种复杂的热使用工况［4］。
多孔介质传热数值模型
多孔介质传热数值模型引言：多孔介质是指由固体颗粒或纤维构成的空隙结构，其具有复杂的内部几何形状和连通性。
在工程领域中，多孔介质传热数值模型是一种重要的研究方法，用于预测和优化多孔介质的传热性能。
本文将探讨多孔介质传热数值模型的原理、应用和进展。
一、多孔介质传热数值模型的原理多孔介质传热数值模型基于传热的基本原理，通过建立数学方程组描述多孔介质内部的热传导、对流和辐射传热过程。
其中，热传导是指热量通过多孔介质颗粒之间的颗粒间接触传递；对流是指热量通过多孔介质内部的流体流动传递；辐射是指热量通过多孔介质内部的辐射传递。
二、多孔介质传热数值模型的应用多孔介质传热数值模型在许多工程领域中具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 地下储气库的热传导分析地下储气库是一种重要的能源储存设施，其热传导性能对储气库的运行和安全具有重要影响。
通过建立多孔介质传热数值模型，可以预测地下储气库的温度分布和热损失，并优化储气库的设计和运行参数。
2. 能源地下储存系统的热传导分析能源地下储存系统是一种重要的能源转换和储存技术，其热传导性能对系统的效率和可靠性具有重要影响。
通过建立多孔介质传热数值模型，可以预测能源地下储存系统的温度分布和热损失，并优化系统的设计和运行参数。
3. 多孔介质燃料电池的热传导分析多孔介质燃料电池是一种高效、清洁的能源转换设备，其热传导性能对电池的效率和寿命具有重要影响。
通过建立多孔介质传热数值模型，可以预测多孔介质燃料电池的温度分布和热损失，并优化电池的设计和运行参数。
4. 建筑墙体的热传导分析建筑墙体是保护室内环境的重要组成部分，其热传导性能对建筑的节能和舒适性具有重要影响。
通过建立多孔介质传热数值模型，可以预测建筑墙体的温度分布和热损失，并优化墙体的设计和材料选择。
三、多孔介质传热数值模型的进展多孔介质传热数值模型的研究已经取得了许多进展，主要体现在以下几个方面：1. 模型精度的提高随着计算机技术和数值方法的发展，多孔介质传热数值模型的精度不断提高。
地下多孔介质—纯流体之间传热传质的模拟分析研究
地下多孔介质—纯流体之间传热传质的模拟剖析研究跟着国家经济的繁华发展, 地下粮仓在我国渐渐盛行, 它的节俭能源、节俭占地面积、消耗低 , 无污染以及长久储藏粮食等长处从整体上提高了国家的储粮水平。
为了研究地下多孔介质—纯流体之间的传热传质现象, 本文以地下粮仓作为研究对象 , 粮堆即为多孔介质 , 粮堆上层空气即为纯流体; 以国家“十二五”科技项目“地下节能型储粮新仓型重点技术的研发”作为支撑 ; 采纳 FLUENT软件对地下粮仓进行模拟 , 详细剖析了多孔介质与纯流体在几种状况下温度随时间的变化,总结出我们所需要的存心义的研究成就。
研究内容以下。
1、在稳态条件下 , 同一地域 , 同一时间进仓 , 研究不一样仓型中粮食与空气界面四周温度随时间的变化规律。
我们初步选用郑州作为粮仓研究地址, 冬天入仓 , 相同埋深 , 分别对圆筒形地下粮仓、大直径圆形地下粮仓以及喇叭形地下粮仓进行模拟剖析议论, 得出对粮食与空气界面的传热传质比较有利的仓型;2 、相同是稳态条件 , 同一仓型 , 同一地区 , 研究不一样进仓时间下粮食与空气界面四周温度随时间的变化规律。
仓型选用圆筒形地下仓 , 地址郑州 , 相同埋深 , 不一样进仓时间也就意味着进仓时粮食自己的温度不一样 , 经过模拟对粮食与空气界面以及上层粮堆进行剖析 , 得出此地域比较适合的进仓时间。
3、在地下变温带地区 , 即非稳态条件下 , 同一仓型 , 相同的进仓时间 , 研究不一样地域地下仓内部温度随时间的变化规律。
仓型以小直径圆形地下仓作为研究仓型 , 相同埋深以哈尔滨、北京、上海和广州作为参照地址 , 同一时间进仓 , 选用最冷月 1 月作为入仓时间 , 经过各个地域粮仓内温度的变化幅度 , 得出比较适合地下粮仓内部传热传质的地域。
4、相同是在地下变温带地区, 同一仓型 , 同一地域 , 同一进仓时间 , 研究地下粮仓不一样埋深时地下仓内部温度随时间的变化规律。
多孔介质热电材料传热过程数值模拟
杭州电子科技大学硕士学位论文多孔介质热电材料传热过程数值模拟姓名：李博申请学位级别：硕士专业：应用数学指导教师：徐江荣20091201摘 要基于热电效应和多孔介质的特性，研制成的多孔介质热电材料温差发电器件，可以安装在汽车排气管内部，通过对流传热将汽车高温尾气的一部分能量转化为电能。
多孔介质温差发电器件具有无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制等优点，由于多孔介质的特性以及排气管设计等原因，可以在排气管内建立起比较大的温度梯度，提高温差发电器的发电功率。
为了更好了解温度梯度的分布、发电功率的大小，可以更好利用尾气的热能，需要对排气管的流场和温度场进行数值模拟。
本文首先建立四个不同的汽车排气管物理模型。
然后针对不同的排气管建立不同的三维单温度数学模型，区分为无旋和有旋数学模型。
利用数值热传学原理，采用SIMPLE算法，对排气管的流场进行数值模拟，在有旋模型中使用带旋流修正的数学模型。
接下来对流场、温度场的模拟结果进行比较分析，并发现带旋流修正的数学模型，其出口温度更加趋近于真实情况。
最后由温度梯度的特点，确定多孔介质热电材料安插方式，计算排气管内多孔介质热电材料的发电功率，并对不同区域内发电功率进行比较, 发现带旋流修正的数学模型在发电功率上更加科学合理。
借助仿真程序可以对不同工况下或者安装不同参数的多孔介质温差发电器的情形进行模拟，可对排气管内传热情况进行分析，其结论对多孔介质温差发电器件的研发与安装具有借鉴意义。
关键词：多孔介质，温度梯度，数值模拟，温差发电ABSTRACTA new system for converting heat which came from car exhausts into electric power was proposed on basis of convection heat transfer in a thermoelectric porous medium. The elements are thermoelectric effect and character of porous medium. The thermoelectric generator by the steep temperature gradient in porous-medium exhaust pipe has several advantages: there are no moving parts and there is no noise, it can be made into micro size and it can be control easily. In exhaust pipe, a trapezoidal temperature distribution was established along y axis because of porous element and the exhaust pipe. The thermoelectric generator increased power generation as a result of this temperature gradient. In order to better research the distribution of the temperature gradient and the power generation, the flow field and temperature field in the exhaust pipe must be numerical simulated carefully.Above all, four different physical models of a car exhaust pipe were established. Second, two different three-dimensional mathematical models of a single temperature were established for two different exhaust pipes. One mathematical model is non-rotational flow model, the other one is rotational flow model. The gas flow filed of exhaust pipe has been simulated numerically with SIMPLE method. A mathematical model Updating by rotational flow used in rotational flow model. Afterwards, the velocities and temperature are compared. It is found that temperature on outlet is closer to the real situation by mathematical model updating by rotational flow. Finally, the placement of thermoelectric materials in porous medium was determined by the character of the temperature gradient. The power generation was computed. Different power generation in different area compared with each other. It is found that power generating is more appropriate by mathematical model updating by rotational flow.By the simulating method, we can simulate the heat transfer by different intake flows and the different thermoelectric generator by porous medium with different parameters. The simulate results are very helpful for optimizing the thermoelectric generator.Key words：Porous medium, temperature gradient, numerical simulation, thermoelectric generation主要符号表ρ密度t时间x方向坐标y方向坐标z方向坐标u x方向速度分量v y方向速度分量w z方向速度分量p压强μ流体的动力粘度tμ流体的有效黏度λ流体第二分子黏度υ流体运动粘度η孔隙率gk气体热导率sk多孔介质热导率effk气固有效热导率α渗透性2C内部阻力因子pd粒径h比焓T温度kS流体的内热源Φ粘性耗散R摩尔气体常数Pr普朗特数MD扩散系数tΓ湍流扩散系数k湍流脉动动能ε湍流耗散率uS x方向广义源项vS y方向广义源项wS z方向广义源项Re雷诺数We电功率rnq辐射通量eleη热能转换效率tη总的转换效率kG层流速度产生的湍流动能bG浮力产生的湍流动能ji,τ湍流脉动造成的应力tp脉动速度造成的压力ji,Ω层流旋度β热膨胀系数A前因子sA比表面积pc定压比热容l湍流长度标尺E每摩尔的能量nE n阶指数积分函数H热值第1章 绪论现代社会中能源是人类赖以存在的物质条件之一，同时是社会进步与经济发展的重要资源。
多孔介质复合腔体内自然对流传热传质的研究的开题报告
多孔介质复合腔体内自然对流传热传质的研究的开题报告
一、研究背景
多孔介质在工程领域有着广泛的应用，如石油开采、天然气储存、地下水管理等。
多孔介质复合腔体在热工领域也得到广泛应用，如传热器、换热器等。
多孔介质复合
腔体内部的自然对流传热传质研究是热工领域中的一个重要课题，对于工程应用具有
重要的理论和实际价值。
二、研究目的
本研究旨在探究多孔介质复合腔体内自然对流传热传质的规律，研究因素包括多孔介质的性质、组合形式、流体的性质等，进而为多孔介质复合腔体的设计和工程应
用提供理论基础和技术支持。
三、研究内容和方法
本研究将首先对多孔介质的基本性质（如孔隙率、孔径分布、渗透系数等）进行分析和测量，然后通过建立多孔介质复合腔体的数值模型，运用计算流体力学（CFD）的方法，对复合腔体内部流体的流动、温度、浓度等场进行仿真计算，得到不同参数
下的传热传质特性。
最后，通过对仿真结果的分析和对比，总结多孔介质复合腔体内
自然对流传热传质的规律。
四、研究意义和预期成果
本研究对多孔介质复合腔体内自然对流传热传质的规律进行深入研究，可以为传热设备设计和优化提供理论依据和技术支持。
同时，研究结果还将为多孔介质复合腔
体的应用提供参考，有望在能源和环境保护等领域产生显著的社会经济效益。
预期成
果为多孔介质复合腔体内自然对流传热传质规律的深入认识，提供理论研究和工程应
用两方面的参考。
多孔介质中超临界C O2对流换热数值模拟
近临界忐流体的热物理性质随温度和胜力的变 化异常剧烈，并呈ｆ｝单调性变化。随着高新技术的 发展，近年来超ｌ临界流体在微细结构中的对流换热 引起人们的关沣，其应用背景主要涉及跨临界二氧 化碳空调、制冷与热泉系统１’…、液体火箭发动机 的发汀冷却（超临界氧）３＿等。 作为￥４冷领域的一个￣研究热点，跨临界二氧化碳 制冷卒涠系统的研究Ｔ作正在全球迅速展开＿ｌ…。 许多研究者预测■氧化碳将足下代制冷剂，而跨 临界二氧化碳系统已被公认为下一代汽车空调的首 选。气体冷却器ｆⅡ内部换热器是提高跨临界二氧化 碳制冷空调及热泵系统叫Ｉ肓＆的重要组成部分。 在先进的人推力液氢液氧火箭发动机中，为确
收稿日期２０。ｌ—Ｌ２—１３修订日期：２００２—０１一０５
２物理模型及控制方程组
本文所采用的物理数学模型、坐杯系统肚控制方
基金项目国家杰ｍ青年科等基金瓷助项Ｈ（Ｎｏ ５００２５６１７） 作者简介：善培学（１ｕ６４），Ｂ，山东烟青人，博十，教授，博士牛导帅，曾留学（莳）苏联和英国，｝要从事抟热传填、敞摊进技术
Ｍａｒ
２（｝０２
多孔介质中超Ｉ临界ｃ０２对流换热数值模拟
姜培学
李 勐
徐轶君
北京
任泽霈
１０００８４）
清华大学热能工程系， 捕要
本文对超临孕二氧化碳在多孔结构中的对流换热进彳Ｉ了数值模拟研究。结粜表明，超临界条件Ｆ一氧化碳剧烈 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１｝热平衡条件 下的计算结果太；对游：换熟系数随着颗粒直径的增大而增大． 关键词超临界二氧化碳；多孔介质；对流换热
００１
（２）局部非热平衡模型中固体骨架与流体之问 的对流换热系数采用Ｋ”ａｎｄ Ｄｙｂｂｓｌ６】的计算关系 式。 （３）局部非热平衡模型中的边界条件为：
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（ １天 津渤 海职业技 术 学院 ，天津
栋 ，杨
梅
２００ ） １０９
３０２ ００２；２南京 英凯工 程设计 有 限公 司 ，江苏 南京
摘 要 ： 采用数值方法分析了具有非均匀内热源的竖直套管中复合对流传热传质， 考查内热源分布系数 Ｍ和热质二浮力比 Ｎ
Ｎ＜一１５时 ， ． Ｖ则先负后正。随着 Ｍ增大 ， 等温线和等浓度线分布更加密集 ， 热和传质过程更加 明显 。 传
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作者简介 ： 李栋 （９ ９一） ， １７ 男 讲师 ， 硕士研究生 ， 研究方向 ： 化工传递过程 。
充分 ， 资料仍然 十分有 限。 本文对 具有非均 匀 内热源 的竖 直套 管 中复 合对 流传 热 传
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质进行 了数值分析 ， 重点讨论 了其对 流体流 动和传 热传质 的影
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温度高于壁面 ， 形成恒定 的温差 ， 度分布不会再 恢复 到强 制对 速 流的情形 ， 而是一直保持在 内壁面处流 速加快 ， 壁面 附近产生 外
回流形态。
Ｒ
图 ２ 速 度 发 展 图
Ｆ ｇ ２ Ｄｅ ｅｏ ｅ ｌｃ ｔ ｉ． ｖ ｌｐ ｄ Ｖｅｏ ｉ ｙ
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ｚ Ｉ）。 。。 ）。（）０ ＝ Ｄ ， ， ０ ， ， （ ＝ （ 笔 ＝ ＝ ） ＝
２ 结 果与 讨 论
２ １ 速度 分布 ．
图 ２为流体在人 口段 轴向速度分布 ， ３为 Ｚ＝０ ５处不 同 图 ． 浮力比 Ｎ下竖 直方 向 Ｖ速度 的分布 。从 图 ２中可 以看 出 ， 由于
（ａＲ Ｒ ｉ ａ＝１ Ｒ ：２ ， ｒ ．２ Ｄ ／ ０， ｅ Ｏ Ｐ ＝Ｏ ７ ， ａ＝１ ， ０～ ８＝０ ８ ．）
图 ４为 Ｍ： ． ０ ５和 Ｍ＝３时的等流 函数 图 Ｊ 由图可看出径 ， 向温度梯度 对流场的影 响 ， 由图可知 ， 由于 内热源 在壁 面处 分布 密集 ， 而在管 隙 中心分 布稀 薄 ， 因此流 场在 内外 壁 面处 流速 加 快， 流线密集 。在 Ｍ ＝ ３时 ， 套管 间隙 内流体 在 内壁 面流速 加快 流线密集 ， 在外壁 面 出现回流并 一直 延伸下 去。这是 由于 内热 源分布梯度增大 ， 流体在管壁面处 主要 受热浮力影 响 ， 致使 流体
第４ ０卷第 ３期
李栋等 ： 多孔介质内复合对流传热传质的数值分析
４ １
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一
蓑２ ０１Ｒ）２ ＋ｌ（ （） ］ Ｒ 、 一０ ｅ Ｒ Ｖ＋ ０ Ｖ
Ｌ １ （ ＿ ＋ — Ｉ ／ ＋俨 Ｉ Ｖ ‘ ¨ 。 ￣ ）
动力减弱 ， 以此 处流体转 而 向下流 动。并 且复 合浮 力越大 流 所 速越快。当 Ｎ＜一１ ５时 ， ． Ｖ则先 负后 正 ， 即紧靠壁 面处 的流体
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｕ ｒ ａ ｎ ｙ ｉ ｗａ ｏ ｄ ｃｅ ｒｃ ｍｂ ｎ ｄ ｈ ａ ｎ ｓ ｒ ｎ ｆｒｂ ａｕ ａ ｏ ｖ ｃ ｉｎ ｉ ｈ ｅ — ｎ ｍｅ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｃ ｎ ｕ ｔ ｄ ｆ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔａ ｄ ｍａ ｓｔ ｓ ｙ ｎ ｔ ｒ ｌ ｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ｖ ｒ ｉ ａｌ ｓ ｏ ａ ｅ ｃ ｏ ｎ
向下流动 ， 而稍 远处 的流体 则转 而 向上 流 动 ， 这是 由于 当 Ｎ＜ １５时二浮力反 向且 向下的浮力大于向上的热浮力 ， ． 使流体 向 下流动 ， 由于传热 Ｐ 数和传质 ｓ 但 ｒ ｃ数川 的影 响 ， 此处 数 ＜Ｓ ｅ
一
一
ｕ ＝ ・ （ ） ＋Ｒ ） ＋ 丽 ［ Ｒ ＋ Ｍ一 ］（号 ［０ ０＋ ］ 百 （Ｃ １ ）Ｃ ｏ ４
间的多孑 介质区域 ， Ｌ 其初始温度为均匀温度 ｔ 初始浓 度为均匀 浓度 ｃ 流体 进入套管 环隙后 ， 速度 、 度和 浓度 开始 同 时发 温 展 。环 隙间流体 的流动状 况是关于 中心轴 对称 ， 如图 １所示 。
根据 Ｄ ｒｙ—Ｂｉｋ ｎ—Ｆ ｒｈｅｍ ｒ 模 型 ， 用 Ｂ ｕｓ ａｃ ｒ ｍａ ｎ ｏｃｈｉ ｅ 采 ｏｓ — ｉｅｑ 近似 ， ｎ ｓ 其无 因次化控制方程如下 ：
ｔ ａ ｎ ｕ ｕ ｌ ｄ ｗｉ ａｕ ａ ｅ ｏ ｏ ｓｍｅ ｉ ｍ ｉ ｏ — ｎｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅｆ ｒ ｅ ｏ ｖ ｃ ｉｎ ｉ ｈ ｅ ｔ ａ ｉ ｌａ ｎ ｌ ｓｆ ｌ ｔ ｓ ｔ ｒ ｔｄ ｐ ｒ ｕ ｄ ｕ ｗ ｔ ａ ｎ ｎ— ｕ ｉ ｍ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｃ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ｖ ｒ ｃ ｃ ｉｅ ｈ ｈ ｏ ｏ ｈ ｏ ｏ ｎ ｉｌ ａ ｎ ｌ ｓ ｗ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆＭ ，ｔ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｎ ｔ ｅ ｉ ｎ ｒ ｗ ｌｂ ｃ ｍｅ ｆｓ ，ａ ｄ ｒ ｖ ｒｅ ｏ ｃ ｕ ｒ ｄ ｎ ａ ｕ ｅ ｌ． ｎ ｕ ｕ ， ｉ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｈ ｈ ｈ ｅｏ ｉ ｉ ｈ ｎ ｅ ａ ｅ ａ ａ ｔ ｎ ｅ ｅ ｓ ｄ ｆ ｗ ｏ ｃ ｒｅ ｅ ｒ ｏ ｔ ｒｗａ１ ｙ ｌ ｌ Ｌ ｃ ｌｆ ｃｉｎ ｃ ｅ ｃ ｅ ｔｏ ｎ ｒ ｉ ｃｉ ｅ ｏ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｖ ｌ ｅ，ａ ｄ ｔ ｉ ａｕ ｅ ｒ ａ ｅ ｉ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ． ｏ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｉｎ ｆｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｈ ａ ａｕ ｉ ｏ ｉ ｎ ｎ ｎ ｎ ｈ ｓ ｖ ｅ ｄ ｃ ｅ ｓ ｄ ｗ ｔ Ｍ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｌ ｈ
对速度 、 温度 、 浓度分 布 以及 Ｎ ｓｅ 数 和 Ｓ ｅｗｏ ｕｓｌ ｔ ｈｒ ｏｄ数 的 影 响。结 果 表 明 ： Ｎ＞１时速 度 Ｖ 为正 ， 当 其值 随 Ｎ的增 加 而增 大 ； 当
关键 词 ： 多孔介质； 复合对流； 传热传质 中图分 类号 ：Ｑ １． Ｔ Ｏ５９ 文献标 识 码 ： Ｂ
＋ ＝ ・
数， 传质速度快于传 热速度 ， 温度 边界层 较浓度 边界 层厚 。 使得 浓度边 界层 以外 的范 围仍 由热浮力 控制 ， 流体在 浓度层 内 Ｖ 故
为负 ， 在浓度层外的温度层又转为正。
式 中为 考察 非均 匀分 布的内热 源对流体影 响引入 内热源 分 布 系数 Ｍ， 表征 内热源强度 沿径 向变 化的梯度 大小 ， 越 大 ， Ｍ 内 热源加热强 度沿 套管中心 向内外边壁 处增长越快 。参数 Ⅳ是物 质与热两种格拉 肖夫数 Ｇ Ｇ ｒ 与 ｒ之比， 表示物质扩散浮力与热
Ｋｅ ｒ ：ｐｏｏ ｓ ｍｅ ａ；ｍｉｅ ｏ ｖ ｃ ｉｎ；ｈ ａ ｒ ｎｓｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒ ｕ ｄｉ ｘｄｃｎ ｅｔ ｏ ｅ ｔｔａ ｆ ｒ
Ⅲ ｛ ． 詈 Ｉ 量 言． ２ 姐 ； 一． ～
竖直管道 中的复合对 流传 热传 质… 在许多工业 和工程中应 用广泛 ， 例如换 热器 、 化工过程 和电子系统 的冷却 等。由于其重 要性受到 了学术界广 泛关 注 ， 同 的研 究者对 竖直管 道 中的复 不 合对流进行 了数值和 实验研究 。Ｋ Ｃ Ｌｏ ｇ 应用 数值方 法分 ． ． ｅｎ 析 了以沸石为填料的同心套管换热器 ， 讨论 了传热 传质系数 ， 床 层厚度 ， 石空 隙直径等影响参数 ， 沸 并考察 了生成 热对换热 系统 影响 。但是对诸如石油热采和近年 颇受重视 的井 下换热器 以 及类似实际工程 中常见 的具有非 均匀 内热源 的情况 ， 研究 尚不
而增大 ， 明传热 和传 质的复合 浮力 向上 ， 说 内壁 面流体沿壁 面 向 上流动 ， 但在外壁面处 由于内热源的分布 梯度减小 ， 对流 体的推
响。
图 １ 物理模 型及坐标系
Ｆ ｇ １ Ｐ ｙ ｉａ ｄ ｌａ ｄ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔｓ ｉ ． ｈ ｓｃ ｌｍｏ ｅ ｎ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ
１ 物理模型与控 制方程
研究对象为一竖直同心套 管 ， 套管 环隙问充满 均匀 、 向 同 各 性 的多孔介质 。套管 管隙 内分 布有非 均匀 热源 ， 管壁 处分 布密 集， 管隙中心分 布最 为稀 薄， 内热源强度 随径 向变化。套 管 的 即 内、 外径分别 为 ｒ和 ｒ， ； 。流体 以均一速度 ｕ 从套管底端进入环隙 ；
图 ４ 等流函数 图
Ｆｉ ４ Ｓ ｒ ａ ｕ ｃｉ ｎ Ｃｏ ｔｕ ｓ ｇ． ｔｅ ｍｆ ｎ ｔ ｎ ｏ ｒ ｏ
图 ３中可以看到 ， Ｎ＞１ 当 时速度 Ｖ为正 ， 其值随 Ｎ的增 加
（ ａ Ｒａ ０。 ｅ＝ ０， ＝ ． Ｐ ＝ ．２， ＝１ 。 ＝ ． △ ： ． ） Ｒ ｉ ：１ Ｒ ２ Ｍ Ｏ ５，ｒ Ｏ ７ Ｄａ ０＿ ， Ｏ ８， Ｏ １ ／
第４ ０卷第 ３期 ２１ ０ ２年 ２月
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Ｖｏ ． ０ Ｎ ． １４ ｏ ３ Ｆ ｂｕ ｒ ． ０ ２ ｅ ｒ ａｙ ２ １