本文關(guān)鍵詞： 多孔介質(zhì) 發(fā)展傳熱 強(qiáng)迫對流 局部熱非平衡 分離變量法　出處：《上海工程技術(shù)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來,以多孔介質(zhì)作為媒介進(jìn)行強(qiáng)化傳熱的研究備受關(guān)注,主要是表現(xiàn)為在各類機(jī)械相關(guān)設(shè)備上的應(yīng)用,如太陽能儲能器設(shè)計、換熱器、化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)設(shè)備、干燥設(shè)備、電子設(shè)備冷卻等等。本文以空氣為工作介質(zhì)通過理論和數(shù)值相結(jié)合的方法在局部熱非平衡和常溫邊界條件下對多孔介質(zhì)圓管和圓環(huán)通道進(jìn)行了傳熱分析,所得結(jié)果為科學(xué)研究者和工業(yè)界提供了有價值的參考。首先,本文基于局部熱非平衡條件下的圓管能量方程,對其進(jìn)行無量綱化,忽略孔隙流體徑向的熱傳導(dǎo),運(yùn)用數(shù)學(xué)物理方法中的分離變量法對能量方程進(jìn)行求解,推導(dǎo)出固相和氣相無量綱溫度以及Nusselt數(shù)(Nu)的解析解。然后,利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics對前面所得的無量綱溫度以及Nusselt數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。對比結(jié)果表明,COMSOL Multiphysics所得數(shù)值解和解析解十分吻合,從而證明了本文解析解的正確性。隨后,對多孔介質(zhì)圓管通道的無量綱溫度和Nusselt數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析,分析固相和氣相隨著位置或者Peclet數(shù)(Pe)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)氣固相的無量綱溫度隨著軸向坐標(biāo)和徑向坐標(biāo)的增大而減小,隨著Peclet數(shù)的增大而增大,最終都趨于零,并且固相的溫度在減小到零之前始終小于相同位置下的氣相溫度;Nusselt數(shù)隨著軸向位置坐標(biāo)的增大而減小,而隨著Peclet數(shù)的增大而增大,并在某一位置達(dá)到穩(wěn)定值。最后,我們將多孔介質(zhì)圓管通道的解析方法推廣到多孔介質(zhì)圓環(huán)通道,并推導(dǎo)出相應(yīng)的解析解,并與相同條件下COMSOL Multiphysics所得數(shù)值解十分吻合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在多孔介質(zhì)圓環(huán)通道中無量綱溫度和Nusselt數(shù)隨著坐標(biāo)和Peclet數(shù)的變化趨勢和圓管通道相同,并且圓環(huán)通道中的氣固相溫度低于相同位置下的圓管通道,而前者在入口處Nusselt數(shù)及其穩(wěn)定值均高于后者。此外,對無量綱溫度隨圓管內(nèi)徑的變化進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)徑愈大,無量綱溫度愈低,Nusselt數(shù)愈高。借助COMSOL Multiphysics,考慮氣相在徑向方向上的熱傳導(dǎo),并對相應(yīng)的能量控制方程進(jìn)行求解,所得結(jié)果表明,不論是多孔介質(zhì)圓管通道還是圓環(huán)通道,無量綱溫度和Nusselt數(shù)均小于不考慮氣相徑向熱傳導(dǎo)情況,但是變化趨勢相同,結(jié)果相差不大。
[Abstract]:In recent years, the study of heat transfer enhancement with porous media has attracted much attention, mainly for the application of various mechanical related equipment, such as solar energy storage device design, heat exchanger, chemical reaction equipment. Drying equipment. In this paper, the heat transfer analysis of porous media tube and annular channel is carried out under the condition of local thermal non-equilibrium and normal temperature boundary condition by using air as the working medium through the combination of theory and numerical method. The results provide valuable reference for scientific researchers and industry. Firstly, based on the energy equation of circular tube under the condition of local thermal non-equilibrium, the dimensionless heat conduction of porous fluid is ignored. The energy equation is solved by using the method of separating variables in mathematical and physical methods. The analytical solutions of the dimensionless temperature of solid and gas phase and the Nusselt number are derived. The dimensionless temperature and Nusselt number obtained above are verified by multi-physical field coupling analysis software COMSOL Multiphysics. The numerical solution obtained by COMSOL Multiphysics is in good agreement with the analytical solution, which proves the correctness of the analytical solution in this paper. The dimensionless temperature and Nusselt number of porous media tube channel are analyzed, and the variation of solid and gas phase with position or Peclet number is analyzed. It is found that the dimensionless temperature decreases with the increase of axial and radial coordinates and increases with the increase of Peclet number. And the temperature of the solid phase is always lower than that of the gas phase at the same position before decreasing to zero. The Nusselt number decreases with the increase of the axial coordinates, but increases with the increase of the Peclet number, and reaches a stable value at a certain position. Finally. We extend the analytical method of porous media tube channel to the porous media circular channel and derive the corresponding analytical solution. And COMSOL under the same conditions. It is found that the dimensionless temperature and Nusselt number change with coordinate and Peclet number in porous media annular channel. Same channel. Moreover, the gas-solid temperature in the annular channel is lower than that in the same position, and the Nusselt number and its stability at the entrance of the former are higher than those in the latter. The variation of dimensionless temperature with the inner diameter of circular pipe is studied. It is found that the larger the inner diameter, the lower the dimensionless temperature is, and the higher the Nusselt number is, with the aid of COMSOL Multiphysics. The heat conduction in the radial direction of the gas phase is considered and the corresponding energy governing equation is solved. The results show that both the porous media tube channel and the circular channel are obtained. The dimensionless temperature and Nusselt number are smaller than those without considering the gas phase radial heat conduction, but the variation trend is the same and the result is not different.
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124

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本文編號：1447239