本文關(guān)鍵詞：部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流及傳熱研究

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【摘要】：流體在多孔介質(zhì)中滲流的現(xiàn)象普遍存在于人類(lèi)的生產(chǎn)和生活當(dāng)中,特別是部分填充多孔介質(zhì)的復(fù)合區(qū)域問(wèn)題的應(yīng)用背景更為廣泛,例如干燥過(guò)程、過(guò)濾過(guò)程、水的滲流過(guò)程、太陽(yáng)能集熱器、熱管、核能利用、燃料電池、石油熱采和地?zé)峁こ痰取Ｗ匀唤缂肮こ虒?shí)際中存在非均質(zhì)的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu),即復(fù)合多孔介質(zhì),復(fù)合多孔介質(zhì)涵蓋分層多孔介質(zhì),即各層多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和滲流特性各不相同,分層多孔介質(zhì)滲流問(wèn)題廣泛存在于含水介質(zhì)的地下水滲流、非均質(zhì)砂巖油藏中的石油開(kāi)采、具有保溫隔熱作用的建筑復(fù)合墻體傳熱傳濕等過(guò)程中。因此對(duì)分層多孔介質(zhì)區(qū)域流體流動(dòng)及傳熱的機(jī)理性研究是一項(xiàng)具有重要實(shí)用價(jià)值以及學(xué)術(shù)價(jià)值的工作,對(duì)于技術(shù)進(jìn)步與科學(xué)的發(fā)展具有重大意義。本文采用由兩層多孔介質(zhì)組合成的復(fù)合多孔介質(zhì)簡(jiǎn)化模型,將兩層多孔介質(zhì)依次填充在封閉腔體的左側(cè),利用動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程分別建立部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)封閉腔體自然對(duì)流及傳熱的一區(qū)域物理數(shù)學(xué)模型和兩區(qū)域物理數(shù)學(xué)模型,采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值求解；針對(duì)本文所提出的兩多孔介質(zhì)層間交界面的速度滑移弱約束表達(dá)式,通過(guò)對(duì)比分析一區(qū)域模型和兩區(qū)域模型的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證此速度滑移表達(dá)式的有效性；運(yùn)用一區(qū)域計(jì)算模型的結(jié)果進(jìn)行理論分析,探討部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)封閉腔體自然對(duì)流流體流動(dòng)及傳熱的變化規(guī)律,考察復(fù)合多孔介質(zhì)物性及結(jié)構(gòu)特性、瑞利數(shù)Ra、普朗特?cái)?shù)Pr對(duì)封閉腔體流動(dòng)換熱的影響,重點(diǎn)關(guān)注各因素和不同工況下兩類(lèi)交界面速度滑移系數(shù)的變化,探析交界面速度滑移效應(yīng)的機(jī)理；同時(shí),采用X-射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(X-CT)獲取真實(shí)多孔介質(zhì)青磚和海綿的結(jié)構(gòu)圖,構(gòu)造左側(cè)填充青磚和海綿的復(fù)合多孔介質(zhì)封閉腔體流動(dòng)及換熱模型進(jìn)行數(shù)值求解,分析兩類(lèi)交界面的速度分布形式和對(duì)流傳熱的變化規(guī)律。對(duì)于交界面的滑移現(xiàn)象及公式的驗(yàn)證結(jié)果表明：1)利用圓柱構(gòu)造的復(fù)合多孔介質(zhì)中兩層多孔介質(zhì)滲流交界面上存在速度滑移現(xiàn)象；2)對(duì)于X-CT實(shí)驗(yàn)獲得的青磚和海綿所構(gòu)成的真實(shí)復(fù)合多孔介質(zhì)腔體,在兩類(lèi)交界面處存在速度滑移的現(xiàn)象,與圓柱構(gòu)造的復(fù)合多孔介質(zhì)腔體兩種交界面的滑移現(xiàn)象具有一致性；3)一區(qū)域模型和兩區(qū)域模型的計(jì)算結(jié)果表明本文對(duì)此交界面所提出的速度滑移弱約束表達(dá)式對(duì)兩層多孔介質(zhì)交界面的處理是合理有效的。對(duì)于各因素對(duì)自然對(duì)流流動(dòng)換熱的影響的研究結(jié)果表明：1)隨著復(fù)合多孔介質(zhì)層占腔體的比例N值的增大,腔體內(nèi)流動(dòng)減弱,左壁面平均Nu變�。�2)兩層多孔介質(zhì)孔隙率之差△ε增大,腔體內(nèi)整體流動(dòng)增強(qiáng),純流體側(cè)二分之一高度處的無(wú)量綱溫度θ數(shù)值明顯變大,而復(fù)合多孔介質(zhì)側(cè)變化規(guī)律與之相反；3)兩層多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)比值Rk增大,腔體右壁面處的平均努謝爾特?cái)?shù)Nu增大；4)瑞利數(shù)Ra增大,腔體內(nèi)流體流動(dòng)性增強(qiáng),左壁面的平均努謝爾特?cái)?shù)Nu增大；5)普朗特?cái)?shù)Pr的增大導(dǎo)致速度邊界層變厚,溫度邊界層變薄,腔體左壁面Nu增大,換熱效果增強(qiáng)。對(duì)于兩種交界面的滑移效應(yīng)的變化的研究結(jié)果表明：1)孔隙率差值△ε的增大導(dǎo)致兩層多孔介質(zhì)間交界面的速度滑移系數(shù)a1增大,多孔介質(zhì)與純流體交界面的滑移效應(yīng)隨第二層多孔介質(zhì)孔隙率的減小逐漸減弱,但受圓柱構(gòu)造多孔介質(zhì)的局限性,其速度滑移系數(shù)a2不斷增大；2)隨著瑞利數(shù)Rα的增大,速度滑移系數(shù)α1和α2均增大；3)圓柱叉排結(jié)構(gòu)的速度滑移系數(shù)α1和α2要明顯大于順排結(jié)構(gòu)；4)對(duì)于復(fù)合多孔介質(zhì)所占腔體的比例N以及普朗特?cái)?shù)Pr雖然影響腔體的流動(dòng)換熱效果,但兩類(lèi)交界面的滑移系數(shù)α1和α2并沒(méi)有明顯的改變。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合多孔介質(zhì) 一區(qū)域模型 交界面速度滑移系數(shù) 青磚和海綿 自然對(duì)流
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.1.1 多孔介質(zhì)區(qū)域流動(dòng)及傳熱的應(yīng)用背景12
• 1.1.2 復(fù)合多孔介質(zhì)區(qū)域流動(dòng)及傳熱的應(yīng)用背景12-13
• 1.2 多孔介質(zhì)與流體復(fù)合區(qū)域流動(dòng)與傳熱的研究進(jìn)展13-17
• 1.2.1 兩區(qū)域模型研究進(jìn)展13-16
• 1.2.2 一區(qū)域模型研究進(jìn)展16-17
• 1.3 研究?jī)?nèi)容17-20
• 第2章 部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流傳熱的物理數(shù)學(xué)模型20-30
• 2.1 概述20
• 2.2 一區(qū)域數(shù)學(xué)模型的建立20-25
• 2.2.1 物理模型的建立20-21
• 2.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立21-25
• 2.3 兩區(qū)域數(shù)學(xué)模型的建立25-29
• 2.3.1 物理模型的建立25-26
• 2.3.2 數(shù)學(xué)模型的建立26-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 數(shù)值方法及數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證30-38
• 3.1 有限元方法簡(jiǎn)介及求解思路30-31
• 3.2 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證31-34
• 3.2.1 一區(qū)域模型網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證31-32
• 3.2.2 兩區(qū)域模型網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證32-34
• 3.3 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流及傳熱的數(shù)值模擬38-58
• 4.1 概述38
• 4.2 復(fù)合多孔介質(zhì)厚度的影響38-41
• 4.3 復(fù)合多孔介質(zhì)孔隙率變化的影響41-45
• 4.4 瑞利數(shù)的影響45-48
• 4.5 兩層多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)比的影響48-50
• 4.6 普朗特?cái)?shù)的影響50-52
• 4.7 真實(shí)復(fù)合多孔介質(zhì)數(shù)值模擬52-57
• 4.7.1 真實(shí)復(fù)合多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)圖的獲取52-54
• 4.7.2 部分填充真實(shí)復(fù)合多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流傳熱的模擬54-57
• 4.8 本章小結(jié)57-58
• 第5章 部分填充復(fù)合多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流界面速度滑移效應(yīng)模擬分析58-71
• 5.1 概述58
• 5.2 一區(qū)域方法和兩區(qū)域方法結(jié)果對(duì)比分析58-61
• 5.3 復(fù)合多孔介質(zhì)孔隙率變化的影響61-64
• 5.4 復(fù)合多孔介質(zhì)厚度的影響64-65
• 5.5 瑞利數(shù)的影響65-66
• 5.6 普朗特?cái)?shù)的影響66-68
• 5.7 復(fù)合多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響68-70
• 5.8 本章小結(jié)70-71
• 第6章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 主要結(jié)論71-72
• 6.2 不足與展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 符號(hào)表77-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉芳;陳寶明;王麗;;多孔介質(zhì)對(duì)封閉腔體內(nèi)對(duì)流傳熱傳質(zhì)的影響[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2011年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 蔡鵬飛;基于LBM多孔介質(zhì)/流體腔體內(nèi)自然對(duì)流介觀研究[D];山東建筑大學(xué);2015年

2 匡東升;部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)交界面滑移效應(yīng)研究[D];山東建筑大學(xué);2015年

3 劉智;多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱實(shí)驗(yàn)研究[D];山東建筑大學(xué);2014年

4 張國(guó)慶;基于LBM方法的多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱研究[D];山東建筑大學(xué);2014年

5 王棟;多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流及傳熱的實(shí)驗(yàn)研究[D];山東建筑大學(xué);2012年

6 王麗;部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)的研究[D];山東建筑大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：998229