骨架导热特性对部分填充多孔介质复合腔体内传热影响的模拟研究

利用有限元数值方法对部分填充多孔介质复合腔体内的自然对流进行模拟研究,模拟利用两区域法来计算复合腔体内的自然对流,在多孔介质区域采用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,在纯流体区域使用Navier-Stokes方程,重点研究了多孔介质骨架导热特性对自然对流的影响。研究发现,在一定范围内随着多孔介质导热性的增强,流体温度升高,部分填充多孔介质腔体内自然对流有一定程度的增强。     

格子Boltzmann方法对多孔介质复合通道内流动的研究

针对海绵、青砖和石膏3种典型的多孔介质,利用工业X-CT断层图像扫描技术进行处理,获得真实多孔介质几何特征的二维构造多孔介质。采用不可压缩单松弛格子Boltzmann方法进行数值模拟,通过改变通道内多孔介质模型和Re分析了多孔介质复合通道内流体的流动特性,从介观角度研究了多孔介质孔隙结构、孔隙率对复合通道内流场的渗流扰动的影响,为以后研究多孔介质复合腔体内热质交换提供一定参考。     

壁面覆盖部分多孔介质方腔自然对流流动的数值模拟

多孔介质壁面封闭腔体的自然对流在生产实际中有重要的应用。针对左侧部分多孔介质壁面方形封闭腔体,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、孔隙率条件下腔体内空气的温度分布、速度分布。结果表明:随着Ra的增大,腔体内的流场及温度场发生了明显的变化,多孔介质壁面孔隙率的变化对腔体的流动换热的影响很小。     

部分填充多孔介质通道内流动的格子Boltzmann研究

通过编写格子Boltzmann程序来对部分填充多孔介质的通道内的流体流动进行模拟,在雷诺数为200的条件下改变了障碍物形状排列,包括由全圆柱以及方柱与圆柱两种障碍物阵列,得到不同工况下的流场;此外在全圆柱障碍物阵列条件下模拟了雷诺数为200,300,500,600,800时的流动情况,并取近出口和近入口两个断面,得出断面流速曲线,通过观察曲线变化分析得出在多孔介质层的断面速度变化情况与纯流体区域变化情况相反,结构复杂的障碍物阵列对于流体的阻力更大。     

部分填充多孔介质圆管中强迫对流传热与熵产的理论研究

为确定部分填充多孔介质圆管内传热最优的填充方式,对部分填充多孔介质圆管中的强迫对流传热开展研究。在圆管的外表面施加恒定热流,假设管内的流动和传热均处于充分发展段,分别采用达西-布林克曼模型和局部非热平衡模型描述管内流动与传热,获得管内速度场、温度分布、努塞尔数和熵产的解析解,重点讨论达西数、应力跳跃系数等相关参数对圆管中流动与综合换热性能的影响。结果表明:随着填充比的变化,部分填充多孔介质圆管中努塞尔数和熵产分别存在最大值和最小值。     

烧结金属丝网除尘技术的研究

建立烧结金属丝网过滤器的二维结构模型,定义了多孔介质边界条件,利用Fluent6.1对过滤元件内的二维气体流动进行数学模拟计算。由此分析了丝网过滤体内的过滤状况,阐述了烧结金属丝网过滤除尘机理,将过滤过程分为4个阶段;分析了过滤参数等对过滤压降的影响。为金属丝网过滤器的设计和优化提供了一定的参考依据。     

多孔介质的热物性对往复流动下超绝热火焰的影响

多孔介质燃烧室的传热性能主要取决于多孔介质材料的热物性,本文在气固两相局部非热平衡假设基础上,建立往复式流动下多孔介质超绝热燃烧的二维数学模型,研究了多孔介质的比热、导热系数、衰减系数和体积换热系数等对温度分布和燃烧速率的影响,以期为多孔介质选材和往复流动下多孔介质超绝热燃烧器的优化设计提供理论依据。     

循环流化床内颗粒运动的PIV测试

作为一种瞬时全场测速技术,PIV测试技术被尝试用于测量循环流化床(CFB)内颗粒运动,以进一步了解循环流化床内复杂的气固两相流动特性。初步实验已在一个截面为200mm×200mm高为4m的冷态循环流化床实验台上完成,并运用二值化互相关图像处理算法,获得了床内截面上的颗粒流动矢量图。初步测试结果较好地反映了循环流化床内颗粒流动的一些特性,表明PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有较好的应用前景。     

泡沫陶瓷多孔介质内流体流动及表面传热模拟

气隙扩散蒸馏脱盐技术利用具有大比表面积的多孔介质作为蒸发器，海水在多孔介质内部流动并在表面蒸发，多孔介质起到了强化液体蒸发的作用;但由于多孔介质结构极其复杂，很难使用传统的实验技术从微观水平观测到多孔介质孔隙通道内流体的流动状态以及传热现象。针对此问题采用计算机数值模拟方法，拍摄实际碳化硅泡沫陶瓷CT图片，构建三维模型进行有限元模拟分析。结果表明，多孔介质内流体会优先通过较大孔隙通道。流体在多孔介质表面向环境空气的散热量随孔隙密度增大而增大，孔隙密度从10提高至30 PPI，散热量提高约1.43倍。进口热流体与环境空气温差越大，向环境的散热量越大，孔隙密度在30 PPI条件下，进口热流体温度从49.38增加至68.67 ℃，散热量提高近2.07倍。     

管内填充多孔介质强化换热的数值研究

管内填充多孔介质强化换热的基本原理是构造热边界层,增大壁面附近流体的温度梯度,并且流动阻力增幅不大。本文运用数值模拟的方法,模拟填充多孔介质管内的流场和温度场,探讨填充比例φ、渗透率Da以及空隙率ε对管内对流换热的影响规律。研究表明,提高填充比例φ和减小渗透率Da都能明显提高换热效果,但也增加了管内流动阻力。空隙率ε对强化换热作用不大,但高空隙率可以明显降低管内流动阻力,在实际中应选用空隙率较大的多孔介质。     

纤维过滤器气相流场的数值研究

基于多孔介质模型对二维纤维过滤器内气相流场进行了数值计算,得到了不同结构(填充密度和过滤器深度)纤维过滤器内的静压分布.为了观察多孔介质模型在研究过滤器流场的适应性,本文还计算了不包括多孔介质模型时,相同填充密度不同纤维排列纤维过滤器内的气相流场.结果表明:基于多孔介质模型时,静压沿着过滤器深度方向线性变化,填充密度越大,初始压降越大.因此,如果多孔介质的粘性阻力系数选择合理,该模型可以应用于计算过滤器的气相流场.但是,该模型并没有考虑过滤器内部纤维排列方式对其内部流场的影响,而实际上,过滤器内部纤维的排列行为将显著影响过滤器的流场和初始压降.因此如果要进一步研究过滤器内复杂的气固两相流,还需进行深入研究.     

结构化填充床内非平衡性的数值研究

利用孔隙尺度介观方法对有序排列多孔介质小球的二维填充床进行数值研究。在考虑小球内部的热传导和小球表面的辐射换热基础上,研究空气流入填充床内部时,固体和气体之间热的非平衡性以及局部和整体之间的流动特性。数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:在填充床内部,相邻小球之间和整个区域的不同位置均存在热的非平衡现象。当空气流速从0.23～0.63 m/s时,最高温度逐渐降低,但是高温区域的范围逐渐扩大。同时,无量纲速度在填充床内呈阶梯式抛物线变化,其值在0.0～8.3,速度非平衡特性较明显。     

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。     

PIV技术在暂冲式风洞高亚音速平面叶栅流场测量中的应用

针对PIV技术在暂冲式风洞高亚音速平面叶栅流场测量中遇到的示踪粒子投放问题,本研究通过采用高压雾化式粒子发生器以及安装在稳压段前的撒播器,有效地使示踪粒子均匀地与主流混合,并成功对某扩压叶栅在设计攻角下的叶栅流道及尾迹速度场进行测量,获得了进口马赫数从0.3至0.73的二维速度矢量场。为了验证PIV试验结果的可靠性,对叶栅流场进行了数值模拟。结果对比表明:采用PIV技术测得的叶栅中截面二维速度矢量场合理地反映了叶片槽道及尾迹的流动结构,与数值模拟结果较为接近;对于跨、超音速或大攻角下叶栅流场,需考虑是示踪粒子壁面污染对测量的影响。本研究提出的PIV测量技术可应用于基于吸附式、合成射流等流动控制技术的高亚音速叶栅流场的测量。     

有/无多孔介质的矩形T型管道内蒸汽 直接接触凝结流型的实验研究

采用高速摄影仪,对填充和未填充球形多孔介质的矩形T型管道内蒸汽直接接触凝结流型进行了可视化实验研究。研究发现未填充多孔介质条件下存在五种典型凝结流型:间歇凝结、振荡射流、稳态射流、尾部振荡射流和发散射流;填充多孔介质条件下则存在三种典型凝结流型:振荡射流、弹状稳定射流和雾状稳定射流。研究表明:多孔介质对凝结流型及汽羽形状有显著影响;由于多孔介质内部的黏滞阻力和惯性阻力,填充多孔介质的凝结流型类型减少;随着蒸汽流量的增加,凝结流型较快的进入到稳定状态,削弱了蒸汽直接接触凝结汽羽的振荡。     

逆流喷雾式饱和器内两相速度场的实验研究

应用三维粒子动态分析仪(PDA)和二维粒子速度分析仪(PIV)对逆流喷雾式饱和器内湿化过程的气液两相流流场进行了实验测量。通过稳态和瞬态速度场的测量结果,获得了饱和器内各点上水滴的三维平均速度、平均粒径和平均体积流量,以及饱和器中心线上的测量区域内水滴的瞬态速度分布和流线,给出了逆流喷雾式饱和器内液相水滴的三维平均速度、平均粒径和平均体积流量的分布规律,揭示了其内部流动的高紊流特性。图4表1参7     

多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究

应用计算流体力学软件Fluent,对氢气/空气预混气在部分填充多孔介质的微平板燃烧器中的实验现象进行了模拟,研究了多孔介质热导率、壁面热导率、多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响.模拟结果表明:稳燃范围的大小与多孔介质热导率呈正相关趋势,较高的多孔介质热导率将会拓宽稳燃范围;随着壁面热导率的增加,稳燃范围与壁面热导率呈V型比例;多孔介质孔隙率也是影响稳燃范围的一个重要因素,在0.5~0.9的区间内,随着孔隙率的增大,稳燃范围也随之增大.     

太阳能多孔墙的传热与流动特性

基于二维稳态Navier-Stokes方程、饱和多孔介质Brinkman-Forchheimer Extended Darcy模型和能量双方程模型.对新型太阳能多孔墙的传热与流动特性进行了数值模拟.计算结果表明,降低空气入口流速,可减小空气流动阻力,提高多孔墙的集热效率;附加玻璃通道的太阳能多孔墙可减小长波辐射损失,并且具有收集热空气的作用.这种太阳能集热墙具有较高的集热效率.     

多孔介质中的相变传热特性及其在建筑物节能中的应用

将非饱和多孔介质应用于建筑节能，使低品位，低密度的太阳能通过工质的相变得以利用，对实现建筑物的采暖具有应用价值。通过对非饱和多孔材料内的二维流场，温度场以及蒸发量场的数值计算，分析了两端开口的圆柱环型多孔腔内非饱和多孔介质的传热传质特性，研究了流体雷利数及边界条件的变化对多孔床热质迁移的影响。     

多孔介质对冷热流体横向射流混合过程热波动的影响

运用流固耦合方法建模,应用FLUENT计算软件平台对填充有多孔介质的T型连接方形管道内冷热流体横向射流混合过程的流动和热传递进行大涡模拟,采用了Smagorinsky-Lilly亚格子模型,获得了瞬时速度和温度分布.结果表明,填充多孔介质能够有效减少T型连接管道中冷热流体横向射流混合的温度和速度波动.固体骨架的导热率较...