局部非热平衡条件下多孔介质通道中对流换热的研究

摘要

本文分别对有内热源的完全填充多孔介质的平行平板通道和多孔介质填充在一侧的平行平板通道内的对流换热进行了研究。在动量方程中考虑了Brinkman项，能量方程使用局部非热平衡模型来描述，利用解析解法首次获得了相应的的无因次速度和无因次温度的精确解，进一步得出了努赛尔数的表达式。在前者中，分析了流体内热源和固体骨架内热源对换热和局部热平衡模型适用性的影响，讨论了通道壁面处热流分歧的现象。在后者中，讨论了相关参数对速度分布、流动阻力、多孔介质区域内流体质量流率、温度分布、努塞尔数以及换热与流动综合性能的影响。结果表明：（1）在有内热源的多孔介质平行平板通道中，对特定的参数，在多孔介质壁面处会产生热流分歧现象；流体内部热源βf对努塞尔数Nu的影响程度要弱于固相内部热源βs的影响，当Da<10-5时，流体内部热源βf对Nu的影响可以忽略；存在内热源时，局部热平衡模型不再适用；（2）在多孔介质填充在一侧的平行平板通道中，随着Da减小或增加多孔介质填充厚度，通道内流动阻力增大，但当无因次未填充多孔介质区域厚度Y1≥0.6时，Da对通道流动阻力的影响可以忽略；随着Y1增大，努塞尔数Nu出现了极小值点。当毕渥数Bi和流体有效导热系数与固体骨架有效导热系数之比k较小时，Nu的变化曲线上出现了极大值；对于特定范围内的界面毕渥数Biint（0.01≤Biint≤100），随着Biint的增大Nu增大，但在这一范围之外的Biint对Nu的影响几乎消除；当Da=10-3时，换热与流动综合性能的临界点是Y1=0.2，当k减小时，这一临界点右移。减小Da将导致填充多孔介质换热通道的综合性能劣于未填充多孔介质换热通道的综合性能。

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1绪论

1.1概述

1.2多孔介质中的流动机制

1.3多孔介质中的传热过程

1.4研究现状

1.5本文主要的研究内容

2有内热源的多孔介质通道中对流换热的研究

2.1几何模型和数学模型的建立

2.2边界条件

2.3 分析解

2.4 结果及讨论

2.5 本章小结

3部分填充多孔介质平行平板通道中对流换热的研究

3.1几何模型与数学模型的建立

3.2 数学模型

3.3边界条件

3.4 分析解

3.5结果分析及讨论

3.6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：攻读硕士期间发表的论文