复合多孔介质流动特征的模型分析

本文针对壁面开槽复合多孔介质强化传热的实验条件，将整个流动区域划分为多孔介质填充区和纵向微槽区两个区域，通过数值计算了这种复合多孔介质结构的流动特性，考察了微槽宽度、深度等有关因素的影响，得到了与实际相一致的结果。     

复合多孔介质流动特性的模型分析

本文针对壁面开槽复合多孔介质强化传热的实验条件 ,将整个流动区域划分为多孔介质填充区和纵向微槽区两个区域 ,通过数值计算分析了这种复合多孔介质结构的流动特性 ,考察了微槽宽度、深度等有关因素的影响 ,得到了与实验相一致的结果。     

小颗粒堆积多孔体传热特性实验研究

对平行平板间填充小颗粒后的换热实验结果进行了归纳和分析，发现板间距不变，平均Nu数不随颗粒直径单调变化，说明存在最佳填充层数，并对此进行了初步分析。实验表明，小颗粒填充可以得到较好的换热强化效果，而流动阻力却远小于微颗粒填充情况，因此有可能利用小颗粒填充方法在常规条件下强化平板间的换热。     

一维多孔介质中气体渗流与多相气固反应分析

考虑到气体的压缩性，按渗流力学给出了多孔介质中的非均匀流场，并进一步研究多孔介质内的多相气固反应和传输。与不可压缩气体对流、反应、扩散的比较表明，两种流动的孔隙压力分布差别很小，但渗流速度的差别却较大。由于小的速度差会引起Peclet数的大的差别，最终引起气体浓度的较大差别，因而有必要考虑气体的压缩性。人口处的流速与多孔介质内由于气体膨胀产生的附加速度是有实质差别的两种对流，前者使气体浓度上升，后者使其浓度下降。对流对反应气体和产物气体传输的影响不同，但这仅是表面现象的不同，对流的本质不变。对颗粒堆积的多孔介质，颗粒半径和孔隙率越小，以Mach数作为判别气体压缩性是否可以忽略的指标就越不合理。因此对多孔介质中的气体流动，应该用压降作指标判别是否可以忽略气体的压缩性。     

颗粒形状在稳定堆积中的等效滚动阻力参数研究

为建立颗粒形状与颗粒间滚动阻力二者之间的等效关系，研究颗粒形状对颗粒堆积稳定特性 的影响以及离散元模型中颗粒形状的等效参数的表达，首先采用有限元法建立四种多边形颗粒，模拟不 同滑动摩擦系数条件下投放颗粒的堆积过程，测量得到颗粒自然形成的稳定堆积高度，研究颗粒间滑动 摩擦和颗粒形状对颗粒堆积稳定影响的敏感性；然后按照相同工况采用离散元法圆形颗粒模拟堆积过 程，其中颗粒形状变化通过改变颗粒间滚动阻力来表征；最后对比有限元模拟与离散元模拟结果，分析 滚动摩擦系数对颗粒形状特性的等效表征作用。研究结果表明:滑动摩擦系数对颗粒堆积稳定的敏感 性受颗粒形状影响:颗粒形状越饱满，对堆积高度影响显著的滑动摩擦系数取值影响范围越大；在颗粒 材料堆积模拟中，颗粒形状变化可通过改变滚动摩擦系数来表征，根据算例结果得到了正三角形、正五 边形、正六边形和正八边形四种形状的颗粒的等效滚动摩擦系数取值范围。     

底部加热的复合多孔介质热-流耦合场非线性特性

针对非线性流动传热受底部加热模型骨架的影响及分叉、震荡点的非线性解析解难求的问题,采用数值模拟及实验的方法对底部加热的复合多孔介质热流耦合传热过程进行数值求解和温度测试。构建底部加热的复合多孔介质热-流耦合传热的三维模型;采用SIMPLE算法对控制方程组进行QUICK格式离散求解,并在底部加热实验台上对测点进行温度采集。在小Ra工况下,揭示了复合多孔介质内存在热流分布分层特性及确定了非线性分叉、震荡解的特征值。数值结果表明:热流场分布对初始场依赖敏感,低Ra情况下三维腔体内热流场表现出稳定的二维性质;与单层多孔介质相比,复合多孔介质内存在热流分布分层的非线性特性;非线性分叉、震荡点对应的临界Ra依赖复合多孔介质骨架高度比,高度比越大(强导热、高阻力多孔介质区所占高度越大),静态分叉及震荡所对应的临界Ra越小,越早表现出分叉、震荡等非线性特性;改变复合多孔介质内高度比可以重新优化热流场分布,实现削弱或强化传热。     

多孔介质壁面封闭腔体自然对流传热的数值模拟

多孔介质壁面封闭腔体的自然对流在太阳能暖房、蓄热腔体等中有重要的应用。该文针对左侧部分多孔介质壁面矩形封闭腔体,基于有限元法对封闭腔体的自然对流换热进行了数值模拟,得到了在不同Ra数、宽高比A以及不同壁面工况条件下腔体内空气的速度分布,同时获得右壁面的平均Nu数。研究结果表明:随着A的增大,腔体内的流动减弱,右壁面换热减弱;而左侧部分多孔介质壁面对腔体的流动换热产生很大的影响。     

半无界流场中圆球壁面升力和阻力的特性研究

该文基于准定常"运动相对性"的三维数值模拟方法,在静止黏性层流流体中,对平行于单壁面运动的刚性圆球所受壁面升力和阻力的动力学特性进行数值研究。研究结果表明:①壁面作用是增强阻力;②在近壁处,当Re100时,升力系数随着雷诺数和圆球与壁面距离的增大而减小。然而,当Re100时升力系数却急剧增大;③在远壁处,Re10时已不存在壁面效应,与无界绕流一致,但Re10时壁面效应依然存在;④颗粒自转对阻力的影响很小,但会略微增加升力,且由自转所诱发的升力主要是由周围流体压强决定。这些结果均有助于促进对限制边界内颗粒水动力学行为的研究,深化对壁面效应层流场中颗粒输运现象的认识。     

颗粒物质(粮食)的通风阻力试验研究

颗粒物质广泛地分布于地球上，是人们所熟悉的物质类型之一。大量颗粒组成的离散物质体系具有独特的性质和运动规律，是近十年来物理学研究中的一个活跃领域。文中以典型的颗粒物质：稻谷、玉米、大米为研究对象，将众多粮食颗粒堆积成的粮堆视作一种多孔介质体系，通过试验方法研究了此类颗粒物质在重力作用下，不同粮堆高度的通风阻力变化，结果显示出众多粮食颗粒组成的粮堆在低雷诺数下的流场阻力特性。文中还对在粮堆这个非固结颗粒体系中应用Darcy定律进行了参数修正，试验结果可以为CFD计算以及粮食储存过程中的降温、除湿等工程实践提供参考。     

壁面粗糙度突变对湍流边界层的影响

本文探讨了湍流在流动不同粗糙度的壁面时粗糙度突变对为点下游流动的影响，假定粗糙度突为引起的扰动小扰动，流动物理量的扰动值满足自似分布，本文分析了得到了描述突点下游流动特性的长度尺度，速度剖面，时均流速及摩阻流速的表达式，并通过实验对理论分析的理论进行了验证。