填充有多孔介质的T型通道内冷热流体混合过程的数值模拟

摘要

多孔介质是一类具有固体骨架的多相空间,随机分布或有序分布的孔隙空间可以是互不连通的或相互连通的。随着科学技术的发展,由于具有较大的比表面积等特殊物理属性,多孔介质已广泛运用于许多科学和工程领域。多孔介质的研究已经渗透到工业、能源和环境等方面,多孔介质传热传质学已成为国际上工程热物理等相关领域的前沿学科之一。
　　 在石油、化工、核电等管路系统中,主要起到连接管道和优化管路作用的T型通道应用广泛。当有温差的两股流体在T型通道中混合时,会发生以温度随机波动为特征的热波动现象。靠近壁面处的热波动可能会导致管壁热疲劳形成疲劳裂纹,甚至使管道发生泄漏。因此为了提高工业生产的安全性,降低T型通道内流体的热波动显得尤为重要,而为了达到这个目的在T型通道中添加多孔介质是一个很值得研究的方法。
　　 本文运用大涡模拟的方法对冷热流体在填充有烧结铜球多孔介质T型通道内的混合过程进行了数值模拟,获得了通道内的瞬时温度、瞬时速度、压强等信息。所得数据与空管模拟数据的对比结果表明,多孔介质可以有效削弱T型通道流体混合区域内的温度和速度波动,但同时也会增加流体流动阻力提高压强损失。
　　 本文还对多孔介质的不同填充方式进行了探讨研究,将周边／中心／全填充多孔介质通道内的模拟数据进行对比,结果表明,周边和中心填充的流体压强损失明显比全填充的要小,周边填充通道内流体混合的综合效果最好。

目录

文摘

英文文摘

Contents

符号说明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 研究进展

1.3 本文主要研究内容

第二章 大涡模拟控制方程和模拟方案

2.1 大涡模拟控制方程

2.2 数值模拟方案

第三章 多孔介质对T型通道内冷热流体混合过程的影响

3.1 填充有烧结铜球多孔介质的T型通道模型

3.2 有/无多孔介质T型通道内冷热流体混合过程的对比分析

3.2.1 瞬时温度对比

3.2.2 瞬时速度对比

3.2.3 时均无量纲温度对比

3.2.4 均方根无量纲温度对比

3.2.5 温度波动对比和功率谱密度对比

3.2.6 无量纲时均速度对比和无量纲均方根速度对比

3.2.7 压强损失对比

3.3 本章小结

第四章 不同的多孔介质填充类型对T型通道内冷热流体混合过程的影响

4.1 多孔介质的部分填充模型

4.2 部分/全填充多孔介质T型通道内冷热流体混合过程的对比分析

4.2.1 瞬时温度对比

4.2.2 瞬时速度对比

4.2.3 时均无量纲温度对比

4.2.4 均方根无量纲温度对比

4.2.5 温度波动对比和功率谱密度对比

4.2.6 无量纲时均速度对比和无量纲均方根速度对比

4.2.7 压强损失对比

4.3 周边填充/无多孔介质T型通道内冷热流体混合热波动的对比

4.3.1 均方根无量纲温度对比

4.3.2 温度波动对比和功率谱密度对比

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书