局部非热平衡条件下边界条件及分层填充对多孔介质通道中流动传热影响的研究

摘要

本文研究了局部非热平衡条件下边界条件及分层填充对多孔介质通道流动传热的影响。在对多孔介质通道边界条件影响的研究中，分析了多孔介质绝热边界条件的两种不同处理方式：通过固相的热流量与通过液相的热流量之和为0（模型A），通过固相的热流量与通过液相的热流量均为0（模型B）。采用将微通道等效为多孔介质通道的方法，流动使用Darcy-Brinkman模型，传热使用局部非热平衡模型，理论推导得到了模型A与模型B速度与温度分布的解析解，并进一步求解出通道中热流分配及努赛尔特数的表达式。分析了达西数Da和流体与固体有效导热系数之比k对通道中速度与温度分布、热流分配以及努赛尔特数的影响。探讨了模型A与模型B的适用性，结果表明，当盖板导热系数与固体导热系数之比C较大时，模型A适用，当C较小且接近0时，模型B适用。
　　在对分层填充多孔介质通道流动传热的研究中，选取多孔介质通道的对称计算域为研究对象，其存在两个孔隙率、渗透率、导热系数不同的区域，即区域1（靠近加热壁面）与区域2（远离加热壁面）。本文中两个区域内流动采用Darcy-Brinkman模型，传热采用局部非热平衡模型，理论推导得到了两个区域内速度与温度分布的解析解，并进一步求解出努赛尔特数的表达式。分析了达西数，区域1无量纲高度，毕渥数，流体有效导热系数与区域1固体有效导热系数之比，固体有效导热系数与区域1固体有效导热系数之比对速度温度分布及努赛尔特数的影响。结果表明，在区域1的达西数Da1不小于区域2的达西数Da2且区域1的流体与区域1固体有效导热系数之比k1不小于区域2的流体与区域1固体有效导热系数之比k2时，分层填充多孔通道的努赛尔特数有可能大于相应的单层填充多孔通道的努赛尔特数，且对于特定的参数，存在最佳的区域1的无量纲高度η1使得多孔介质通道的努赛尔特数达到最大。

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1绪论

1.1概述

1.2多孔介质流动传热机制

1.3研究现状

1.4本文主要研究内容

2多孔介质通道绝热边界条件研究

2.1模型及求解

2.2数值模拟

2.3相关参数确定

2.4结果及讨论

2.5本章小结

3分层填充多孔介质通道流动传热研究

3.1模型及求解

3.2结果及讨论

3.3本章小结

4结论与展望

4.1结论

4.2展望

致谢

参考文献

附录（攻读硕士学位期间发表的论文）