幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性研究

研究了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性，通过边界层动量积分法求解了Brinkman-Darcy流动模型的动量方程，得到了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的无量纲速度分布。计算分析发现，未填充多孔介质区域的无量纲速度和速度峰值随填充厚度的减小先增大后减小，填充厚度较厚时：随达西数与幂律指数的减小而增大；随着填充厚度减小，达西数对速度峰值的影响减弱，速度峰值随幂律指数的减小而减小。     

多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。     

含内热源管内填充多孔介质的强迫对流传热解析解

基于非局部热平衡假设,研究了管内填充多孔介质的强迫对流传热问题.在附于多孔介质圆柱的外表面施加恒定热流,采用Darcy动量方程描述多孔介质内流体的流动.为考虑工程实际中可能的物理或化学发热源,将多孔介质液相和固相内热源引入传热模型中,获得了液相和固相温度分布的解析解,同时推导了表征传热性能的Nusselt数显式表达式.计算结果表明:计算解析解与文献[10]推导的解析解吻合良好,固相内热源强度愈高,液相和固相温差愈大,Nusselt数愈小,传热性能愈差.此外,还解释了管壁处液相和固相温度梯度出现分岔的原因.     

渐变型多孔介质中预混燃烧试验研究

提出了渐变型多孔介质（GVPM）中燃烧的设想，使多孔介质中流动及传热特性与燃烧规律相匹配，实现高效燃烧和低污染物排放的结合。对天然气在渐变孔径的多孔介质中预混燃烧进行了试验，得出了燃烧室温度分布和污染物排放结果，并与两种单孔径的均匀型多孔介质（HPM）中燃烧结果进行了对比。试验结果表明，渐变孔径的多孔介质燃烧器可以使燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，对于当量比的变化有更大的调节范围，CO和NOx等污染物排放更低。渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流动及传热特性，对燃烧室上下游热量分布进行合理调配，使得最高燃烧温度有所降低；由于孔径的变化，使火焰的稳定性增强。     

测点分布对多孔管道加热面温度测量的影响

根据已有实验数据,研究了测温点分布对多孔管道加热面温度测量的影响.实验时分别取玻璃和轴承钢颗粒作为构成管道内的多孔介质固体骨架的填充材料,水或空气流过其中.考虑了颗粒直径、导热系数和管壁的导热系数及换热系数的影响.当多孔介质固体骨架是由玻璃颗粒构成时,无论流体是水还是空气,测点位置对管道内壁面温度的测量精度不会产生较大影响;但当多孔介质固体骨架是由轴承钢颗粒构成时,特别当流体是水时测点位置会对管道内壁温度的测量精度产生较大影响.     

内嵌换热面双层多孔介质预混燃烧试验研究

为了研究具有内嵌换热面的泡沫型多孔介质中的气体燃烧、传热特性,将换热面内嵌布置于双层泡沫型多孔介质下游碳化硅泡沫陶瓷中,试验研究甲烷/空气预混气体在其中的温度分布、稳燃范围、燃烧产物排放特性,分析燃烧器热效率和换热面在多孔介质内的传热过程.结果表明,在泡沫型多孔介质燃烧系统中内嵌换热面后可以降低燃烧器温度水平,具有较宽的稳燃范围;相较于无换热面情况,内嵌换热面后,燃烧器出口NOx排放量下降,试验工况范围内低于35mg/m3;燃烧器热效率随入口气流速度下降并保持在60%~80%;换热管外壁与多孔介质气固两相的传热相较于传统的气流横向冲刷管束,平均传热系数增幅可达75%.     

流体层流横掠多孔介质中等温平板的对流换热积分解

对流体层流横掠多孔介质中等温平板的二维流动应用Brinkman--Forchheime--extended Darcy模型和流体与多孔介质之间局部热平衡的传热理论建立质量方程、动量方程和能量方程,应用数量级分析的方法对方程组进行了简化,并应用积分法得出了边界层内流体的速度分布、温度分布、以及摩擦系数和对流换热系数的理论表达式。结果表明,多孔介质中平板表面的速度边界层厚度与光板时有明显的不同,其在平板前端迅速增长,尔后变得非常平坦并几乎不再增长;而热边界层厚度则和光板时类似,沿着流动方向不断地增长。     

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.     

具有表面辐射的复合腔体内湍流对流换热研究

建筑热工性能评价和建筑节能越来越受到人们的重视,将建筑房间简化为含有多孔介质的双区域模型在更多的领域得到广泛应用。文章基于数值模拟的方法,探究了具有表面热辐射的部分填充多孔介质的复合腔体内湍流自然对流换热问题;建立并用有限元方法求解自由流体区域和多孔介质区域的动量和能量传递方程,对数学模型进行了比较验证,分析了Rayleigh数(湍流与层流)及发射率为ε_i对传热、流动的影响。结果表明,Rayleigh数对具有表面热辐射的部分填充多孔介质的复合腔体内的动量和热量传递有明显的影响,且决定自然对流强度大小。Rayleigh数越大,自然对流换热作用越强,腔体内的平均温度降低并逐渐趋于一致;表面热辐射影响对流作用,墙体壁面发射率为0.0~0.3时,自然对流的影响较大,随着发射率的增大,辐射作用明显增强,并在热量传递中占主导位置。     

金属丝网多孔体对斯特林机传热性能影响的研究

针对斯特林发动机光管换热加热器换热效果较差的问题,提出在加热器内部填充金属丝网多孔体,以提高加热器的传热性能。采用数值模拟的方法对有无多孔介质以及不同孔隙率下换热器内传热性能进行模拟研究。模拟结果表明:加入多孔介质后,加热器的传热量增大,传热系数明显升高;随着孔隙率的减少,加热器传热量增大,传热系数升高。与相关实验数据相比,模拟结果真实有效。     

Slip flow and variable properties of viscoelastic fluid past a stretching surface embedded in a porous medium with heat generation

This study examines theoretically and computationally the non-Newtonian boundary layer flow and heat transfer for a viscoelastic fluid over a stretching continuous sheet embedded in a porous medium with variable fluid properties, slip velocity, and internal heat generation/absorption. The flow in boundary layer is considered to be generated solely by the stretching of the sheet adjacent to porous medium with boundary wall slip condition. Highly nonlinear momentum and thermal boundary layer equations governing the flow and heat transfer are reduced to set of nonlinear ordinary differential equations by appropriate transformation. The resulting ODEs are successfully solved numerically with the help of shooting method. Graphical results are shown for non-dimensional velocities and temperature. The effects of heat generation/absorption parameter, the porous parameter, the viscoelastic parameter, velocity slip parameter, variable thermal conductivity and the Prandtl number on the flow and temperature profiles are presented. Moreover, the local skin-friction coefficient and Nusselt number are presented. Comparison of numerical results is made with the earlier published results under limiting cases.     

多孔泡沫金属换热器内流体的流动和传热分析

对管间填充多孔泡沫金属的方形管壳式换热器内流体沿管间轴向强制层流的流动和恒热流密度的传热进行了理论研究。结果表明,流体的径向速度分布呈现类似于光管内湍流时近壁处薄层内变化率大,其余大部分区域平坦的特征;流体和泡沫的径向温度分布较为平坦;流体的压力降随泡沫孔数（ppi）增大的增长明显大于时流换热的Nu数随ppi数增大的增长;泡沫的孔隙率越小,流体的压力降越大,对流换热的Nu数也越大。     

二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟

为探索数值模拟方法预测二元熔盐在螺旋槽管内的流动和传热特性研究中的可行性,使用Ansys软件对熔盐在不同几何参数的螺旋槽管内的流动和传热特性进行数值模拟。采用半周加热,研究在不同工况下熔盐入口温度和热流密度变化时熔盐的流动和传热特性。通过数值模拟得到了熔盐在螺旋槽管内的流动速度分布云图和矢量图,得到了熔盐在管道出口温度分布云图,并计算得到熔盐在管内的Nu-Re变化曲线。结果表明,熔盐管内流速呈现周期性变化,同时产生二次环流流动。熔盐在螺旋槽管内的传热Nu数和Re数的变化趋势一致,出口温度分布不均匀性较小。随着螺旋槽管槽深的增大,对熔盐的传热效果也相应提高。熔盐入口温度越高,螺旋槽管内熔盐的传热效果越好。     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

Peristaltic transport of MHD Williamson fluid in an inclined asymmetric channel through porous medium with heat transfer

The intention of this investigation is to study the effects of heat transfer and inclined magnetic field on the peristaltic flow of Williamson fluid in an asymmetric channel through porous medium. The governing two-dimensional equations are simplified under the assumption of long wavelength approximation. The simplified equations are solved for the stream function, temperature, and axial pressure gradient by using a regular perturbation method. The expression for pressure rise is computed numerically. The profiles of velocity, pressure gradient, temperature, heat transfer coefficient and stream function are sketched and interpreted for various embedded parameters and also the behavior of stream function for various wave forms is discussed through graphs. It is observed that the peristaltic velocity increases from porous medium to non-porous medium, the magnetic effects have increasing effect on the temperature, and the size of the trapped bolus decreases with the increasing of magnetic effects while the trend is reversed with the increasing of Darcy number. Moreover, limiting solutions of our problem are in close agreement with the corresponding results of the Newtonian fluid model.     

孔隙率对Al2O3高孔隙率多孔介质EHC的影响

新型多孔介质燃烧技术主要采用泡沫陶瓷 ( Ceramic Foams)、波纹状陶瓷 ( Fabric LamellaStructure)等高孔隙率多孔介质。基于气、固相局部热平衡假设的有效导热系数 EHC( EffectiveHeat Conductivity)描述了气流与固体骨架中导热、弥散和热辐射多种传热方式的综合效果 ,是一个重要的传热特性 ,对其研究非常不足。通过实验与数值模拟确定不同孔隙率 Al2 O3 陶瓷的 EHC:基于测定的温度分布 ,给定 EHC的初值 ,采用有限体积法进行流场数值模拟 ;比较测量与计算的温度均方根差 ,通过对 EHC搜索寻优 ,间接确定泡沫陶瓷的有效导热系数。结果表明 Al2 O3 陶瓷的EHC随温度增加而增加 ,对速度不敏感 ;孔隙率高的陶瓷其 EHC较大。给出试样 EHC与温度和空管速度的拟合式 ;将颗粒床 EHC的 Z&B模型外推到 Al2 O3 高孔隙率陶瓷 ,并给出 EHC预示结果     

Heat transfer of micro-droplet during free fall in drop tube

To explore the heat transfer of micro-droplet during free fall in the drop tube, the falling velocity and microgravity level are calculated. The Newtonian heat transfer formulation is coupled with the classical heat conduction equation to predict the heat transfer process within micro-droplet. Based on the numerical solution by finite difference method with implicit Euler scheme, the temporal evolution of thermal information inside micro-droplet is obtained including the temperature distribution, cooling rate, temperature difference and gradient. To quantitatively reveal the mechanism how the various factors affect the heat transfer of micro-droplet, the effects of physical properties of liquid metal and cooling gas as well as the micro-droplet size are studied. As the important indicators of heat transfer process, the cooling rate and temperature difference are acquired to systematically investigate the relationship between thermophysical properties and heat transfer process of different metallic micro-droplets.     

螺旋槽管管内强化传热的三维数值模拟

基于周期段模型,对不同结构参数的螺旋槽管管内流动和换热进行了三维数值模拟,得到了管内流体湍流流动的速度场和温度场的细观分布.结果表明,随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大;随着螺距增大,其换热性能减弱且阻力系数明显减小.最后,结合模拟结果数据,拟合出了努赛尔数Nu和阻力系数f的相应关联式.