含非均匀介质薄层状结构的声反射特性

应用有限元方法研究了含非均匀介质层的复合薄层结构中的低频(0~2 kHz)声反射特性,其中非均匀介质层为橡胶中周期分布的多孔介质体.文中将流体等效处理为(粘)弹性体;对多孔介质,提出在薄层、低频下忽略其骨架的运动,由Biot理论获得退化的孔中流体的基本方程,并将其等效处理为(粘)弹性体;利用Galerkin方法建立了有限元方程,分析了非均匀层中多孔介质的体积分数,孔中流体材料参数、层厚度及多层非均匀介质的不同叠合对其结构反射特性的影响.结果表明,一定条件下含多孔介质的非均匀层可明显影响结构较低频段的反射系数.     

理查德森数对多孔介质T型管道近壁面处流动与传热的影响

对多孔介质T型方管内冷热流体混合过程的流动和热传递进行大涡模拟,获得了近壁面处湍流混合的瞬时速度和温度,分析了3种理查德森数（Ri=-0.517,-0.093,0.517）对流动与传热的影响。数值结果表明：无论理查德森数Ri为正或负,在热流体区,多孔介质骨架温度较低,而在冷流体区,多孔介质骨架温度较高,说明热量从高温流体通过多孔介质向低温流体传递;最大温度波动发生在近壁面处的上部;由于多孔介质的湍动增强作用,减弱了浮升力对流动的影响,不同理查德森数对流动和传热的影响不够明显。     

考虑局部非热平衡的流体层流横掠多孔介质中等温平板的边界层分析

在考虑流体和多孔介质之间瞬时局部非热平衡的前提下,对流体强迫层流横掠多孔介质中等温平板的二维流动应用Brinkman-Forchheime-extended Darcy模型建立守恒方程组。对方程组进行数量级分析简化,应用积分法进行近似计算,得出了速度边界层厚度、热边界层厚度、壁面黏性摩擦系数和对流传热系数的计算公式。结果表明:在多孔介质中沿平板的速度边界层厚度与光板时明显不同,在平板前端迅速增长,随后逐渐变得平坦,趋于一个恒定值;而热边界层厚度则与光板时类似。     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

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.     

多孔介质中非线性延伸壁面上驻点流动的非相似解

基于不可压缩粘性流体在多孔介质中的流动,考虑孔隙率和渗透率的影响,研究多孔介质中非线性运动延伸壁面上的驻点边界层流动问题.引入无量纲变换将边界层控制方程化简,通过同伦分析方法求得方程的非相似解.再利用同伦解讨论多孔介质孔隙率、渗透率以及非线性参数等重要参数对流体速度分布和表面摩擦力的影响.结果显示:多孔介质中孔隙率参数和非线性参数对达西速度剖面的影响作用大于渗透参数的影响.     

超临界压力流体在多孔介质内对流换热研究进展

超临界压力流体在多孔介质内的流动换热问题在动力工程、化学工程、航天航空等领域的应用非常广泛,它是超临界CO_2气冷堆、太阳能热发电系统、超临界压力流体对高温壁面的发汗冷却等工程设计优化的理论基础。分别从实验研究和数值模拟两个方面,详细阐述了多孔介质内超临界压力流体流动换热的研究进展,指出了准临界温度附近强烈物性变化、多孔结构迂曲流动通道、浮升力等因素对换热通道局部对流换热性能的影响规律是深入研究的关键问题。另外由于高温高压实验难度大、数据处理方法较复杂,多孔介质内超临界压力流体与固体骨架之间的内部对流换热系数实验研究非常少,致使局部非热平衡模型在多孔介质内超临界压力流体流动换热数值模拟的应用受到限制,因此同时加强超临界压力流体在多孔介质内流动传热的局部对流换热性能和内部对流换热性能研究,对于多孔介质结构传热性能评价和工业应用关键设备的设计优化具有指导意义。     

青藏铁路封闭抛石路基流场与温度场特性数值分析

铁路道碴层和抛石铺层可以看作多孔介质，其内部流体的对流换热为多孔介质的传热传质问题. 在多风的青藏高原，抛石路基结构往往会因为抛石层表面被风沙、积雪等封堵，在石头层内形成一个封闭系统. 针对青藏高原特殊的气候以及地质条件，基于多孔介质对流传热理论，对封闭抛石路基这一特殊结构的流场和温度场特性进行了数值研究与分析. 结果表明：抛石路基在封闭的特殊条件下，内部空气运动方式为自然对流，且仍具有明显的冷却降温作用，这可为多年冻土区抛石路基的长期使用与维护提供参考；但其降温效果及对流强度随着抛石层上部填土厚度的增大而削弱，这应引起设计与施工部门的足够重视.     

固体流体导热系数对多孔介质内传热影响研究

以多孔介质内固体导热系数ks、流体导热系数kf相互影响多孔介质传热为研究对象,对多孔介质内无量纲温度、速度、高温壁面努谢尔数Nu、平均努谢尔数Nu和ks/kf、瑞利数Ra间关系进行研究;采用差分法对数学模型进行离散化处理,应用高斯–赛德尔方法迭代求解,对网格的独立性和计算过程进行了验证,得到了多孔介质传热一些基本数据,分析了无量纲温度、速度随ks/kf、Ra的变化规律.研究结果表明:ks/kf改变多孔介质内温度和速度的变化,ks/kf值大,温度梯度和速度梯度在壁面附近大,温度梯度和速度梯度在无量纲长度0.2~0.8范围内很小;当ks/kf很小时,多孔介质内对流作用较弱,ks/kf1以后,Nu随着ks/kf逐渐增大,对流作用增强,它成为热传输的主要动力,ks/kf对多孔介质内对流作用的增强、削弱是非常关键的,为强化传热可提高ks/kf值,为削弱传热可降低ks/kf值;在工农业生产中加热多孔介质类物质热量应集中在下部有利于热量高效利用.     

饱和多孔介质自然对流模型与实验

以饱和多孔介质内流体流动、流体和固体传热为研究对象,考虑流体密度随温度变化,局部热平衡,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立固体随机堆积饱和多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法计算.利用自主研制的两侧恒温差立方体多孔介质实验台,对数值模型进行实验验证.综合数值计算和实验结果表明:腔体内最大流速随温差和瑞利数Ra增大而增大,且最大流速出现在高低温壁面附近;随着Ra增大,温度等值线由近似于平行于高低温壁面变为近似垂直于高低温壁面;高温壁面上Nu从上至下呈线性增加趋势;高温壁面Nu随Ra增大而增大,当Ra102时,Nu维持在12以内;当102Ra106,Nu增加迅速,由11.4增加到276.4;当Ra106,Nu增加速率很小.