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文檔簡介
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
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