首页> 中文学位 >填充多孔介质对平板通道内流动换热的影响和优化分析
【6h】

填充多孔介质对平板通道内流动换热的影响和优化分析

代理获取

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 研究工作的背景和意义

1.2 多孔介质流动模型发展和理论研究方法

1.2.1 流动模型发展

1.2.2 理论研究方法

1.3 多孔介质强制对流换热的研究

1.4 本文的主要研究内容

第2章 完全填充多孔介质的平板通道内流动换热的数值研究

2.1 物理模型与数学描述

2.2 数值计算方法

2.3 数值计算的验证

2.3.1 网格独立性的验证

2.3.2 计算程序的验证

2.4 模拟结果讨论

2.4.1 两种不同流动模型的比较

2.4.2 Re数对完全填充多孔介质平板通道内流动换热的影响

2.4.3 Da数对完全填充多孔介质平板通道内流动换热的影响

2.4.4 孔隙率对完全填充多孔介质平板通道内流动换热的影响

2.5 本章小结

第3章 部分填充多孔介质的平板通道内流动换热的数值研究

3.1 物理模型与数学描述

3.2 数值计算的验证

3.2.1 网格独立性的验证

3.2.2 计算程序的验证

3.3 模拟结果讨论

3.3.1 多孔介质填充位置对平板通道内流动换热的影响

3.3.2 多孔介质填充率M对平板通道内流动换热的影响

3.3.3 两种模型流动换热的比较

3.3.4 正弦波形波长对流体流动换热的影响

3.3.5 正弦波形振幅对流动换热的影响

3.4 本章小结

第4章 填充多孔物块的平板通道内流动换热的数值研究

4.1 物理模型与数学描述

4.2 数值计算验证

4.2.1 网格独立性的验证

4.2.2 计算程序的验证

4.3 模拟结果讨论

4.3.1 多孔物块填充位置对流动换热的影响

4.3.2 多孔物块形状因素对流动换热的影响

4.3.3 填充等分多孔物块对流动换热的影响

4.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

展开▼

摘要

由于换热设备在工业上的广泛应用,提高换热效率和研究新的强化传热技术越来越受到人们的广泛关注。多孔介质由于具有密度小、比表面积大、对流体强烈的掺混能力等优点,利用多孔介质强化传热作为新型的强化换热手段之一,给强化传热领域带来了新的机遇。对多孔介质内的对流换热规律深入研究对我国能源利用及经济建设具有重要意义。本文对平行平板通道中填充多孔介质的对流换热规律进行数值模拟研究,通过研究其流动换热规律,以期为工程应用提供参考。本文的主要研究内容和结论如下:
   (1)在恒热流壁面条件下,采用局部热平衡模型,对平板通道中完全填充多孔介质的层流强制对流换热进行数值模拟研究,首先比较了Brinkman-Darcy(BD)流动模型和Brinkman-Darcy-Forchheimer(BDF)流动模型求解得到的结果,表明当Re数较小时,BD模型和BDF模型求解得到的速度场有一定的差异,但是解得的温度场差异不大;随着Re数的增大,BD模型和BDF模型求解得到的速度场和温度场差异都逐渐增大。随着Re数的增大,对流换热得到强化,流动阻力系数f值逐渐增大,而综合换热效率γ值逐渐减小。随着Da数的增大,对流换热系数逐渐减小,流动阻力也逐渐减小,而综合换热效率γ却呈现出逐渐增大的趋势。随着孔隙率的增大,壁面平均Nu数逐渐减小,流动阻力逐渐降低,且降低的幅度远大于壁面平均Nu数减小的幅度,因此,综合换热效率随着孔隙率的增大而增大。
   (2)在恒热流壁面条件下,分别采用BDF流动模型和局部热平衡模型,对平板通道中部分填充多孔介质的层流强制对流换热进行数值模拟研究。首先研究了多孔介质填充位置对流动换热的影响,结果表明当多孔介质填充于通道核心区域时,对流换热效果最好,且流动阻力增加不大,综合换热效率最高。随着填充率的增大,通道壁面平均Nu数先增大后减小;流动阻力系数随填充率的增大而急剧增大,综合换热效率逐渐减小,因此选择合适的填充率是非常重要的。在平板通道中填充具有正弦波形的多孔介质,对流体的扰动能力更强,通道内流体流动表现出高度的非线性性,强化了通道内流体质点的换热能力,但同时也增大了流体的流动阻力。随着正弦波形波长的增大,多孔介质对流体的扰动减弱,对流换热强度随之下降,流体的流动阻力减小;随着正弦波形振幅的增大,多孔介质对流体的扰动能力增强,流体质点间的热交换能力得到增强,对流换热得到强化,但同时流动阻力增大,综合换热效率降低。
   (3)在恒热流壁面条件下,分别采用BDF流动模型和局部热平衡传热,对平板通道中填充多孔物块的层流强制对流换热进行数值模拟研究,重点分析了多孔物块的填充位置、填充形状和等分多孔物块对流动换热的影响。研究结果表明添加多孔物块后,很好地促进了壁面与流体间的对流换热;将多孔物块填充于通道的核心区域与壁面处相比,对流换热更充分,流动阻力更小,且综合换热效率最高。将相同面积、不同形状的多孔物块填充于平板通道核心区域,多孔物块在垂直于来流方向上的投影长度越长,对流换热强度越高,但同时流动阻力也越大,因此在实际应用中需要在流动阻力和换热能力之间做一个权衡。将多孔物块等分后填充到平板通道核心区域,等分个数越多,对流换热强化程度越高,但此时阻力增长特性较复杂,造成综合换热性能也较复杂。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号