含傾角的多孔介質(zhì)內(nèi)流體自然對流熱質(zhì)傳遞研究.pdf

1、在自然界和工程實(shí)際中，普遍存在含傾角的多孔介質(zhì)。例如:保溫材料和室內(nèi)的接觸面與水平方向形成含角度的多孔介質(zhì);煤巖體內(nèi)煤和巖石接觸面與水平方向形成含角度的多孔介質(zhì)等。研究含傾角的多孔介質(zhì)內(nèi)流體自然對流熱質(zhì)傳遞問題，有助于更準(zhǔn)確了解室內(nèi)和煤巖體內(nèi)流場、溫度場和濃度場分布，為創(chuàng)造舒適的室內(nèi)生活環(huán)境提供理論參考，為建筑節(jié)能的發(fā)展提供必要條件，為預(yù)防煤層自燃、減少瓦斯事故和礦井熱害及保障作業(yè)人員安全提供理論依據(jù)。
　　本文以建筑室內(nèi)居住環(huán)境

2、和煤礦安全為研究背景，依托于多孔介質(zhì)自然對流傳熱傳質(zhì)理論。建立接觸面角度不同的多孔介質(zhì)物理模型。推出考慮交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)溫度梯度、濃度梯度同時(shí)存在的層流數(shù)學(xué)模型;以及忽略交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)溫度梯度、濃度梯度同時(shí)存在的湍流數(shù)學(xué)模型，并將數(shù)學(xué)模型無量綱化。采用理論分析、數(shù)值計(jì)算方法，深入研究了在考慮交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，傾角、無量綱參數(shù)和擴(kuò)散準(zhǔn)則數(shù)對各向同性含傾角的多孔介質(zhì)內(nèi)層流流體流動、傳熱傳質(zhì)的影響，并提出影響規(guī)律;進(jìn)一步研究在忽略交叉

3、耦合擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，傾角對各向同性多孔介質(zhì)湍流自然對流傳熱傳質(zhì)的影響，和傾角對兩向異性多孔介質(zhì)湍流傳熱傳質(zhì)速率的影響;并將上述兩種情況的熱質(zhì)傳遞速率進(jìn)行對比分析，得出區(qū)別與聯(lián)系;數(shù)值計(jì)算出各向同性和兩向異性含傾角的多孔介質(zhì)不同Ra對應(yīng)的垂直方向流速，得到含傾角的多孔介質(zhì)內(nèi)層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯拇怪狈较蚺R界流速。
　　研究結(jié)果表明:當(dāng)各向同性多孔介質(zhì)內(nèi)流態(tài)為層流時(shí)，隨著傾角增大，多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動強(qiáng)度增強(qiáng)，傳熱削弱，傳質(zhì)增強(qiáng)。隨著Ra、N增大

4、，流速變快，強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)。隨著Le增大，流動強(qiáng)度減弱，傳熱速率基本不變，傳質(zhì)速率變快。隨著SCT增大，流速變快，傳熱速率不變，傳質(zhì)速率變快。隨著DTC增大，流速變快，傳熱速率變快，傳質(zhì)速率不變。傾角的變化不影響無量綱參數(shù)對各向同性多孔介質(zhì)內(nèi)層流流體流動、熱質(zhì)傳遞的影響規(guī)律。當(dāng)流態(tài)為湍流時(shí)，隨著傾角的增大，各向同性多孔介質(zhì)流體流動強(qiáng)度忽強(qiáng)忽弱，傳熱傳質(zhì)速率快慢交替，無單調(diào)變化規(guī)律。當(dāng)流態(tài)為湍流時(shí)，隨著傾角增大，兩向異性多孔介質(zhì)內(nèi)傳熱傳質(zhì)速