多孔介質(zhì)與流體復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱的多尺度研究.pdf

1、在自然和生命現(xiàn)象及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域中，多孔介質(zhì)和流體組成的復(fù)合系統(tǒng)是普遍存在的，其中，涉及到系統(tǒng)中的自然對(duì)流及傳熱現(xiàn)象也是遍及各行各業(yè)，比如:核能利用、太陽(yáng)能集熱管、燃料電池、凝固過程、微電子技術(shù)、建筑外墻體保溫等。由此可見，多孔介質(zhì)與純流體組成的復(fù)合區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)與傳熱具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義，進(jìn)而引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。由于復(fù)合區(qū)域模型中流動(dòng)傳熱在機(jī)理研究上較為復(fù)雜，在此類問題上開展的工作相對(duì)較少。因此，多孔介質(zhì)復(fù)合腔體

2、內(nèi)的流動(dòng)與傳熱問題需要更為深入的研究與探討，從而為實(shí)際工程提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)。
　　 在流場(chǎng)和溫度場(chǎng)共同存在下的多物理場(chǎng)中，多孔介質(zhì)區(qū)域與純流體區(qū)域交界面處的應(yīng)力滑移會(huì)對(duì)流動(dòng)和傳熱造成一定的影響。本文在對(duì)所研究課題進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)合起來，在考慮多孔介質(zhì)與純流體區(qū)域交界面上的應(yīng)力滑移條件后，建立一區(qū)域模型，并采用有限元法來計(jì)算求解數(shù)學(xué)方程。
　　 利用X-CT技術(shù)對(duì)真實(shí)多孔介質(zhì)進(jìn)行斷層掃描拍攝，

3、簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)X-CT掃描設(shè)備組成、原理及流程。搭建多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)X-CT測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)四種多孔介質(zhì)材料近表面處的孔隙率進(jìn)行了掃描，得出變化曲線，并探討該區(qū)域孔隙率變化規(guī)律。對(duì)掃描真實(shí)多孔介質(zhì)的結(jié)果圖片進(jìn)行了數(shù)字化處理，詳細(xì)描述了整個(gè)處理過程與結(jié)果。
　　 利用有限元方法，對(duì)多孔介質(zhì)與流體復(fù)合封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流及傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬。設(shè)定左右壁面存在一定溫差，模擬分析在不同工況下復(fù)合腔體內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化情況，得到多孔介質(zhì)和流體

4、組成的復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流及傳熱的基本規(guī)律。著重探討多孔介質(zhì)厚度xp，瑞利數(shù)Ra的變化情況對(duì)腔體內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響。并通過改變參數(shù)來分析不同工況下多孔介質(zhì)與純流體區(qū)域交界面上的粘性應(yīng)力跳躍系數(shù)的變化。
　　 在對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)問題的宏觀尺度研究基礎(chǔ)上，開展了介觀尺度的研究，通過使用格子Boltzmann方法，模擬出部分填充規(guī)則多孔介質(zhì)的封閉空腔內(nèi)的自然對(duì)流，分析不同參數(shù)的改變對(duì)于腔體內(nèi)自然對(duì)流的影響。
　　 此外，對(duì)復(fù)合