多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對流傳熱傳質(zhì)的研究.pdf

1、多孔介質(zhì)與流體組成的復(fù)合區(qū)域內(nèi)的自然對流傳熱傳質(zhì)普遍存在于自然現(xiàn)象、生命現(xiàn)象及諸多的生產(chǎn)領(lǐng)域中，其應(yīng)用領(lǐng)域包括：干燥過程、太陽能集熱管、建筑節(jié)能、電子元器件冷卻以及地?zé)崂玫?。因此多孔介質(zhì)與流體組成的復(fù)合區(qū)域內(nèi)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究具有重要的意義。多孔介質(zhì)與流體組成的復(fù)合區(qū)域內(nèi)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)機(jī)理比較復(fù)雜，研究相對較少。本文主要通過研究多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對流傳熱傳質(zhì)規(guī)律，為工程實(shí)踐提供必要的理論指導(dǎo)。
　　 當(dāng)流場、溫度場和濃

2、度場共存時(shí)，就形成了一個(gè)多物理場。在多物理場中，流場、溫度場和濃度場相互影響，存在交叉耦合效應(yīng)。在多孔介質(zhì)與流體交界面上存在應(yīng)力滑移和熱滑移，對腔體內(nèi)的流動(dòng)和傳熱有明顯的影響。本文根據(jù)不可逆熱力學(xué)原理，考慮交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)和交界面滑移效應(yīng)，采用兩區(qū)域模型，建立了多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對流傳熱傳質(zhì)的非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并采用有限元方法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解。數(shù)值模擬了不同工況下多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)的流場、溫度場和濃度場及其隨時(shí)間的變化情況，揭示

3、了多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對流傳熱傳質(zhì)的規(guī)律，重點(diǎn)研究了多孔介質(zhì)厚度d，達(dá)西數(shù)Da，浮升力比N，劉易斯數(shù)Le，瑞利數(shù)Ra，熱附加擴(kuò)散準(zhǔn)則數(shù)STC，擴(kuò)散附加熱準(zhǔn)則數(shù)DCT對腔體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)自然對流傳熱傳質(zhì)的影響，分析了多孔介質(zhì)與流體交界面應(yīng)力滑移和熱滑移對腔體內(nèi)流場和溫度場的影響。
　　 通過研究發(fā)現(xiàn)，1)多孔介質(zhì)厚度d和達(dá)西數(shù)Da對傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度有顯著影響，較大的d能減弱傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度，延長達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，較小的Da能明顯削弱傳質(zhì)強(qiáng)

4、度；2)浮升力N決定流動(dòng)方向，當(dāng)N=-1時(shí)，傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度最弱，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間最長，瑞利數(shù)Ra決定自然對流強(qiáng)度大小，不同Ra，流場、溫度場和濃度場隨時(shí)間變化過程不同，劉易斯數(shù)Le決定熱擴(kuò)散和質(zhì)擴(kuò)散強(qiáng)度以及傳播速度的相對大??；3)不同時(shí)刻，交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)對傳熱傳質(zhì)的影響規(guī)律明顯不同；4)不同交界面應(yīng)力滑移條件下，交界面區(qū)域1/2高度處的速度曲線存在差異，交界面應(yīng)力滑移系數(shù)β1和β2對交界面區(qū)域流場影響較明顯，對溫度場影響很??；5)滑移系