第5章 高Da数下多孔介质的传热与流动过程.ppt

多孔介质传热传质理论;主要内容;第5章 高Da数下多孔介质的传热与流动过程 ;5.1 概述 ;在日常生活中，多孔介质自然对流有着许多的应用。 选取了两种具有代表性的封闭多孔材料：竖直多孔圆环和倾斜矩形多孔腔中自然对流现象进行研究。 ;5.2 矩形封闭腔内非饱和多孔介质的传热传质 ;5.2.1物理模型及数学描述 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.1.1 控制微分方程;引入如下无量纲量 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.1.1 控制微分方程 ;5.2.2 计算结果及分析 ;5.2.2.1 非饱和流动特性分析 ;(b)ΛRa=105，Da=10-4 ;(c)ΛRa=106，Da=10-4 ;(d)ΛRa=107，Da=10-4 ; ;5.2.2.2 传热特性分析 ;Da数对空腔传热系数的影响 ;5.2.2.3 壁温ΔT及形状比A对传热的影响 ;5.2.2.4 结语 ; 5.3 竖直封闭圆环内非饱和多孔介质自然对流 ;引入如下无量纲量 ;（1）连续性方程 ;（2）动量方程 ;（3）R113蒸汽扩散方程 ;（5）边界条件 ;5.3.2 数值分析及讨论 ; (2)ΛRa=105, H/L=2 ; (3)ΛRa=106, H/L=1 ;表3.1 平均传热系数Num随Da数和∧Ra数的变化 ;5.4 倾斜矩形腔内非饱和多孔介质自然对流 ;（1）连续性方程 ;（3）蒸汽扩散方程 ;（6）流函数 ;5.4.2 数值分析及讨论 ;Date;Date;Date;Date;Date;5.4.2.2 传热特征 ;Date;5.4.2.3 结语; 场协同理论提出以来，许多学者对它进行了推广和验证。Tao[74]把过增元提出的利用速度与温度梯度之间的协同来强化对流换热的概念，从抛物线型流动推广到椭圆型流动，并进行了数值验证。Zhao[75]采用水为工质，流体通过多孔介质垂直流过加热板，然后侧向流出，保持加热面附近流体速度矢量和温度梯度矢量之间的夹角为零。实验测得的Nusselt数在较小Pelect数范围内为：Nu=Pe，其换热强度远远高于夹角为90o时的对流换热[76]：Nu=1.329Pe1/2。 ;迄今为止，场协同理论尚未在非饱和多孔介质传热中得以理论验证。对于孔隙度较大的多孔介质，在气相连续性假设下，由于浮升力的作用，气流受热后能够在孔隙空间内形成较强的自然对流。基于前文所建立的描述多孔介质内部热、湿、气耦合迁移数学模型，从场协同理论的基本思想出发，我们推导了场协同理论在含湿多孔介质自然对流传热中的表述，从场协???角度进一步深化了对非饱和多孔介质自然对流传热机理的认识，而且，通过对竖直封闭腔内多孔介质自然对流传热的数值模拟，进一步验证了含湿非饱和多孔介质自然对流中的场协同现象。 ;利用连续介质力学方法；局部热力学平衡； 考虑混合气的整体运动；考虑蒸汽相对于空气的扩散运动； 对于空气和水蒸汽，采用分压不分容的处理方法。 ;液相： ;从能量方程出发分析非饱和多孔介质自然对流传热时，相变源项的存在给分析问题带来很大困难。于是，利用连续性方程和蒸汽扩散方程，将相变源项合并到能量方程的对流项和扩散项中，从而将方程加以简化。然后，将能量方程两边在温度边界层内积分，利用高斯定理将体积分化为沿边界层外缘和沿壁面的两个面积分，再根据温度边界层的定义，化简后得到壁面整体和局部换热系数表达式。;总换热系数： ;以倾斜非饱和多孔腔内自然对流为例，对场协同现象进行计算验证。考虑R=100、宽高比M＝3、倾斜角a＝30o的多孔腔。图2.2（1）、（2）和（3）分别表示壁面附近多孔介质薄层中 ，;（1）;（2）;Nux沿X方向的变化