多孔介质中的对流传热传质

为庆贺西安交通大学工程热物理研究所建所１５周年撰写的研究综述，对清华大学在多孔介质对流传热传质方面所进行的工作，特别是最近两年多来所得到的一些探索性的新进展作出较系统的简要回顾，供我国工农业技术改进工作者作相应的参考。     

考虑毛细滞后的末饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，彩用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论，并对方程中的热湿迁移特性系数进分析，为进一步发展确定热迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

离心流化床中多孔介质干燥的传热传质研究

通过对典型的多孔湿物料在离心流化床中干燥过程的理论分析,将含湿多孔介质传热传质过程和物料与气流之间的外部传递过程相耦合,导出了离心流化床的控制方程组,在此基础上,可以对离心流化床中湿物料的干燥过程进行数值模拟。     

多孔介质中自然对流传热的场协同分析

基于多孔介质内部热、湿、气耦合迁移的数学模型,用场协同理论的观点,推导出含湿多孔介质自然对流传热的气相流体与壁面间的整体和局部换热系数.针对宽高比为1∶3的竖直封闭多孔腔,数值检验了含湿非饱和多孔介质自然对流的场协同现象:即非饱和多孔介质自然对流的强度不仅取决于温差、气相速度和流体物性,还取决于气相速度和温度梯度之间的协同.改变气相速度和温度梯度的协同性,将影响非饱和多孔介质自然对流传热的强度.     

用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈.     

部分充满多孔介质的封闭空腔内自然对流的数值研究

采用Forchheimer Brinkman扩展模型数值研究了部分充满多孔介质的封闭矩形空腔内的自然对流，系统地考察了加热强度、渗透率、多孔区高度、导热系数比以及高宽比等参数对腔内流动与传热的影响，给出了相应的速度场与温度场，并得到了平均Nusselt数随时间的变化规律。     

非饱和含湿多孔介质传热传质的渗流模型研究

综述了非饱和含湿多孔介质传热传质模型研究的发展。从多相渗流和扩散迁移机制出发建立以温度、压力和饱和度为基本变量的实用化三参数模型。该模型由一组描述水－汽质量守恒、空气质量守恒和能量守恒的非线性偏微分方程组成。利用该模型对埋管的热过程、砂土物性测量、毛细滞后现象、回湿过程、突发高温作用下多孔介质内部的传热传质过程和冻融过程进行了研究。为了模型的进一步应用,仍需对束缚水饱和度以下毛细压力与饱和度的关系、导热系数的影响因素及其获取方法、非饱和多孔介质传热传质的边界效应和滞后效应的物理机理等方面深入研究。非饱和多孔介质中溶质的运移更是一个饶有意义的研究课题。     

多孔介质传热传质研究的现状和展望

本文综述了国内外在多孔介质传热传质研究方面的现状，总结了我国近年来在多孔介质传热传质研究所取得的重要进展，展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势。     

开口空腔中非稳态自然对流的传热问题

对后壁受热的二维开口方形空腔中的非稳态湍流的自然对流传热进行了数值研究。采用低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数ｋ－ε双方程湍流模型，给出并讨论了空腔非稳态流动过程中典型的流型、温度场和开口特性。依据物理本质，对空腔传热随时间演变的整个过程进行了划分和分析。     

带有离散热源的竖直平板自然对流耦合传热研究

通过离散热源模拟板管式换热器的盘管,对竖直钢平板自然对流和导热的耦合传热进行了实验研究.结果表明:在控制加热热流和加热温度2种条件下,平板的温度呈波浪形分布,起伏的幅度随加热间距的增大而增大;采用平均加热壁温作为特征温度计算的自然对流平均Num和Ra的关系仍满足Num等于cRan,但常数c和n是加热间距的函数;在Ra为5×108~5×109的范围内拟合得到它们的关系式,误差约为±5%.对耦合自然对流的数值计算表明,平板壁面温度波动导致速度边界层增厚,局部传热系数也相应发生波动.     

矩形封闭空间内湿多孔介质自然对流的非达西效应

建立了考虑介质内部流体运动惯性力及粘性力的封闭腔内多孔介质非饱和自然对流行为的二维无量纲模型。研究了两侧为恒壁温、上下为绝热条件的含有湿多孔介质的矩形封闭腔内自然对流的非达西效应。通过数值计算，揭示了介质的惯性力、粘性力及Ｄａ数对传热的影响，同时对颗粒导热比、加热条件等对传热的影响进行了分析。     

中小Gr数下竖壁自然对流传热特性

对求解竖壁自然对流过程中所作的两个近似假设αｐ／αγ＝０和α＾２ｕ／αｘ＾２＝０进行了理论分析,提出了新的近似假设αｐ／αγ＝μα＾２／αγ＾２,它保证了自然对流控制方程简化形式在边界上与ＮＳ方程的一致性,将竖壁地流控制方程的适用范围拓展到中小Ｇｒ数,进而求得其传热特性,其理论解结果与实验结果更为一体。     

顶部放热的矩形空间多孔介质中自然对流

顶部放热的矩形空间多孔介质中自然对流陈振乾施明恒（东南大学动力工程系，南京２１００１８）多孔介质中流体的流动和传热在地热利用、太阳能利用、石油热采、核能开发及某些化工过程中有重要的应用［１］，特别对太阳能储热和地热资源的开发更具有重要的意义．通常，...     

矩形封闭空间内非饱和多孔介质自然对流的近似分析解

从合湿多孔封闭腔内流体流动与传热特征出发，提出了一种线性近似假设法，并用该法对矩形封闭腔内含湿多孔介质的自然对流行为进行了近似分析求解，得到了其温度分布、速度分布与传热数表达式．该近似解在形状比Ａ＞３及当量瑞利数Ｒａ＃＝１０～２５０的范围内具有较好的准确性     

圆内开缝圆不同开缝方向自然对流换热

采用SIMPLE方法对圆内开缝圆在不同开缝方向时的自然对流换热进行了数值模拟,根据数值结果,分析了开缝圆不同开缝方向的自然对流换热规律和特性.数值结果表明:采用SIMPLE方法的计算结果与已有文献相同工况的实验结果相吻合;同一开缝方向,平均当量导热系数Keqs随着瑞利数Ra的增加而增大.当Ra较小时,Keqs基本不随开缝方向的改变而变化;当Ra继续增大,同一Ra下开缝方向从竖直到水平随角度φ增大Keqs值变小;当Ra超过一个临界值时,Keqs数值结果出现了振荡,且这个临界值与开缝方向相关;研究水平开缝的圆内开缝圆自然对流换热,随着Ra的增加,能够获得稳定解、周期性振荡解及非周期振荡解,最终为混沌.     

垂直密闭容器内辐射与自然对流的耦合传热

用数值方法研究垂直密闭容器内，半透过性流体在辐射光的照射下产生的自然对流现象对其对热传递的影响，建立基于二维假设下的流动流动和热量传递的稳态数学模型，并用有限差分法进行数值求解，得到了等温线和流线图。结果表明，流体的自然对流和传热受流体的光学厚度的影响，理论计算与实验结果比较表明两者吻合。     

竖直圆柱空间多孔介质中非牛顿流体自然对流

建立了封闭圆柱空间多孔介质中非牛顿流体自然对流的数学模型，通过理分析和数值计算，获得了在不同达西－瑞利数Ｒａ和不同流变指数ｎ下，非牛顿流体的流变特性，Ｎｕ随Ｒａ和ｎ的变化规律，以及Ｒａ和ｎ对流场和温度场的影响。     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．