多孔介質(zhì)與流體構(gòu)成復(fù)合區(qū)域的熱質(zhì)交換問題廣泛存在于生物自然界和人類社會各行各業(yè)之中。其中含多孔介質(zhì)通道內(nèi)受迫流動問題的研究,對農(nóng)產(chǎn)品儲藏、環(huán)境污染治理、建筑保溫以及化工業(yè)等工程均有極其重要的利用價值和實際意義。近年來越來越多的學(xué)者對多孔介質(zhì)層與純流體組成的復(fù)合區(qū)域熱質(zhì)交換機理問題進行了大量研究,但針對于多孔介質(zhì)與流體的交界面區(qū)域的理論和實驗研究較少。而交界面處流動及傳熱特性對復(fù)合區(qū)域的流動及傳熱有明顯的影響,因此,對多孔介質(zhì)與流體構(gòu)成的交界面區(qū)域的深入研究有較高的科學(xué)價值,為宏觀傳熱傳質(zhì)機理提供了理論參考。填充多孔介質(zhì)的通道強迫對流中流體流速、多孔介質(zhì)屬性參數(shù)等均對通道內(nèi)流場、溫度場以及交界面滑移效應(yīng)有明顯的作用,現(xiàn)有研究多側(cè)重對宏觀溫度場和速度場的影響,對滑移效應(yīng)研究較少。本文先對填充多孔介質(zhì)通道內(nèi)流體受迫對流問題進行了理論分析,采用一區(qū)域模型對其物理模型進行數(shù)學(xué)描述,建立了受迫對流的數(shù)學(xué)模型,并采用有限元數(shù)值模擬方法對其進行求解。結(jié)合計算機斷層掃描技術(shù)構(gòu)造真實多孔介質(zhì)模型,分別對人工構(gòu)造多孔介質(zhì)及真實多孔介質(zhì)的通道腔體進行模擬分析。本文模擬了多種工況下部分填充多孔介質(zhì)通道內(nèi)溫度場及速度場變化情況,進一步對復(fù)合區(qū)域內(nèi)傳熱傳質(zhì)機理進行了分析,重點分析了多孔介質(zhì)填充比例Φ、達西數(shù)Da、多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱特性K、雷諾數(shù)Re及熱流密度q等對通道內(nèi)流體流動和傳熱的影響,并著重分析了各項因素對多孔介質(zhì)與流體交界面區(qū)域的應(yīng)力跳躍效應(yīng)、熱滑移特性的影響。通過對通道內(nèi)受迫對流模型的計算,分析模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：多孔介質(zhì)填充比例Φ、達西數(shù)Da對通道內(nèi)流體流動及傳熱有明顯的影響；有序的改變多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)可以有效的加強通道內(nèi)換熱效果；通道內(nèi)流體雷諾數(shù)Re和達西數(shù)Da對交界面區(qū)域的應(yīng)力滑移效應(yīng)影響十分明顯。Re越大,應(yīng)力跳躍系數(shù)越大；應(yīng)力跳躍系數(shù)與達西數(shù)成反比；交界面處熱滑移特性均隨多孔介質(zhì)導(dǎo)熱特性K的增強和通道壁面熱流密度Q的增大而減弱。根據(jù)文章研究重點,本文制定了關(guān)于部分填充多孔介質(zhì)通道內(nèi)流體流動及傳熱特性的PIV和PLIF實驗方案。該實驗方案采用三維打印技術(shù)、粒子圖像測速法(Particle Image Velocimetry, PIV)和平面激光誘導(dǎo)熒光測量(Planar laser induced fluorescence, PLIF)等技術(shù)方案對通道內(nèi)流場和溫度場進行可視化實驗測試,來獲真實多孔介質(zhì)與流體交界面區(qū)域滑移特性。本文通過有限元數(shù)值模擬方法研究了對通道內(nèi)流體流動及熱量傳遞的影響因素,獲取了各參數(shù)對交界面滑移效應(yīng)的影響趨勢,并提出了可行的實驗測試方案,為進一步研究通道受迫對流的熱質(zhì)交換機理提供了一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124