三维颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热数值研究_杨剑

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数值传热学(课件)

02 数值传热学的基本原理
控制方程
控制方程
数值传热学的核心是求解控制方程，这些方程描述了热量传递过程中的物理规律。
偏微分方程
控制方程通常以偏微分方程的形式给出，包含了温度、时间、空间等变量的变化关系。
初始条件和边界条
件
为了求解控制方程，需要给出初始条件和边界条件，这些条件限定了问题的解的范围。
详细描述
传热过程模拟是数值传热学的另一重要应用，通过建立传热过程的数学模型，可以模拟物体内部的温度分布和热量传递过程。这对于能源、化工、电子等领域中的热工设备设计和优化具有重要意义。
04 数值传热学面临的挑战与解决方案
计算精度与稳定性问题
总结词
计算精度和稳定性是数值传热学中的核心问题，直接关系到模拟结果的准确性和可靠性。
详细描述
多尺度问题要求数值方法能够捕捉到不同尺度的物理现象，并准确地将它们联系起来。这需要发展具有多尺度分辨率的数值方法，如多重网格法、谱方法和自适应网格法等。
非线性问题
总结词
非线性问题在传热过程中广泛存在，如流动、相变和化学反应等，给数值模拟带来很大难度。
VS
详细描述
非线性问题需要数值方法能够处理高度非线性的物理方程，并能够准确地捕捉到非线性现象。这需要发展高效的数值算法，如有限元法和有限体积法等，同时还需要考虑非线性问题的特殊性质，如初始条件和边界条件等。
02
它涉及传热学的基本原理、数学建模、数值计算和计算机技术等多个领域，是计算流体动力学和计算传热学的重要组成部分。
数值传热学的重要性
随着科技的发展，传热问题在能源、环境、航空航天、化工等领域越来越突出，数值传热学的应用也越来越广泛。

2012年中国工程热物理学会传热传质分会年会口头报告清单

2012年中国工程热物理学会传热传质分会年会口头报告清单(共229篇)1. 热传导：18篇122. 对流换热：35篇3453. 相变换热：32篇674. 辐射换热：19篇895. 生物传热：5篇106. 数值计算：44篇111213147. 测量及显示技术：7篇158. 微小尺度传热：27篇16179. 多孔介质传热传质：25篇181910. 工业应用、换热器及其它：17篇2021222324252627282930313233341. 《中国电化教育》2. 《电化教育研究》3.《中国远程教育》4.《远程教育杂志》5. 《开放教育研究》6. 《教育技术通讯》7.《教育技术研究》8.《教育信息化》9. 《现代教育技术》10.《电化教育通讯》11. 《教育技术》12.《电教世界》13.《教育信息技术》14. 《北京电化教育》15. 《江苏电化教育》16. 《湖南电教》17. 《天津电教》18.《上海电教》19.《湖北电化教育》20.《内蒙古电化教育》21《信息技术教育》22.《浙江现代教育技术》23. 《中小学电教》24.《外语电化教学》25. 《网络科技时代》26. 《教育传播与技术》国外教育技术期刊1. 《教育技术期刊》2. 《美国教育技术》3. 《educationaltechnology review》4. 《教育技术学》（注：日内瓦大学虚拟图书馆的一本杂志）5. 《国际教育技术期刊》6. 《澳大利亚教育技术杂志》7. 全美远程教育杂志列表/HP/pages/darling/journals.htm教育技术相关书目简介1. 何克抗、李文光《教育技术学》北京师范大学出版社20022. 李克东《教育技术学研究方法》北京师范大学出版社20023. 何克抗等《教学系统设计》北京师范大学出版社20024. 傅德荣、章惠敏《教育信息处理》北京师范大学出版社20025. 丁兴富《远程教育学》北京师范大学出版社20026. 祝智庭《网络教育应用》北京师范大学出版社20027. 黄荣怀《信息技术与教育》北京师范大学出版社2002358. 黄荣怀《计算机辅助教学课件案例精选》高等教育出版社2002年9. 黄荣怀《协作学习与计算机支持的协作学习》北京师范大学出版社2002年10. 黄荣怀《校校通的基础—信息基础设施建设》，中央广播电视大学出版社，2001年11. 黄荣怀《校校通的核心—信息资源建设》，中央广播电视大学出版社，2001年12. 黄荣怀《校校通的目的—教与学的应用》，中央广播电视大学出版社，2001年13. 荣怀主编《校校通的保障—维护、管理与培训》，中央广播电视大学出版社，2001年14. 薛理银、黄荣怀著，《教学软件设计与开发》，1997年5月，人民邮电出版社1997年；15. 黄荣怀编著，《信息网络与教学》，1997年3月，人民邮电出版社1997年16. 李运林、徐福荫《教学媒体的理论与实践》北京师范大学出版社200217. 南国农《电化教育学》高等教育出版社198518. 尹俊华、戴正南《教育技术学导论》高等教育出版社199419. 乌美娜《教学设计》高等教育出版社199420. 施良方《学习论》、《课程论》人民教育出版社199421. 邵瑞珍《学与教的心理学》《教育心理学》上海人民出版社198822. 祝智庭《现代教育技术——信息化教育》高等教育出版社200223. 祝智庭《现代教育技术——走向教育信息化教育》华东师范大学出版社24. 余胜泉等《信息技术教育应用》北京师范大学出版社25. 高利明《现代教育技术》中央电大出版社199726. 黄清云《国外远程教育的发展与研究》上海外语教育出版社200027. 张祖忻主编《美国教育技术的理论极其演变》上海外语教育出版社199428. 尹君华主编《教育技术学导论》高等教育出版社199629. 国家教委师范教育司组编《教学技术基础》北京师范大学出版社199730. 沈亚强、蔡铁权、程燕平、楼广赤编《现代教育技术基础》浙江大学出版社199831. 南国农、李运林编《电化教育学（第二版）》高等教育出版社199832. 容世彦、和仲池编《现代教育技术基础》宇航出版社199933. 龚义建、黎仰安编《现代教育技术基础》华中理工大学出版社19993634. 胡礼和《现代教育技术学》湖北科学技术出版社35. 李克东,谢幼如编著《多媒体组合教学设计》科学出版社199236. 顾明远谢邦同、乌美娜《教育技术》高等教育出版社199937. 盛群力等《现代教学设计》浙江教育出版社38. 李运林《电视教材编导与制作》高等教育出版社199139. 李克东《教育科学研究方法》高等教育出版社199040. 何克抗《建构主义——革命传统教学的理论基础》高等教育出版社198541. 师书恩《计算机辅助教育》北师大出版社199242. 何克抗《计算机辅助教育》高等教育出版社199743. 南国农、李运林《教育传播学》高等教育出版社44. 李克东、谢幼如《多媒体组合教学设计》科学出版社199445. (美)加涅(Gagne,Robert M.)主编《教育技术学基础》教育科学出版社199246. 加涅(Gagne,Robert M.)《教学设计原理》《学习的条件和教学论》教育科学出版社47. (爱尔兰)基更(Desmong.keegan) 《远距离教育基础》《远程教育研究》《远距离教育理论原理》中央广播电视大学出版社48. 巴巴拉·西尔斯、丽塔·里齐著乌美娜、刘雍潜等译《教学技术：领域的定义和范畴》中央广播电视大学出版社199949. Bruce Joyce等，荆建华等译《教育模式》中国轻工业出版社50. 《教育传播与技术研究手册》51. 《教学技术学：过去、现在和未来》52. 《教学技术：定义、术语和范畴》53. 《教学设计原理》54. 《教育媒体与学习技术》55. 《教学设计的理论与模型：教学理论的新范式》56. 《教育技术学名著选读》57. 《教学设计与技术的趋势与问题》58. 《教育技术学基础》59. 《教育媒体与技术年鉴2002》3760. 陈琦《当代教育心理学》北京师范大学出版社61. 邵瑞珍《教育心理学》上海教育出版社62. 高文《教学模式论》上海教育出版社63. 裴娣娜《教育研究方法导论》安徽教育出版社64. Barbara B.Seels,Rita C.Richey, 《Instructional Technology:Definition and domains》199465. Patricia L.Smith,Tillman J.Ragan 《Instructional Design》199266. C.M.Reigeluth, 《Instructional Design theories and Models》198367. Timothy J.Newby,Donald A.Stepich,James D.Lehman, 《Instructional Technology forTeaching and Learning:Designing Instruction, Integrating Computers,and UsingMedia》68. Barbara Seels,Zita Glasgow, 《Making Instructional Design Decisions》,SecondEdition 199869. William J. Rothwell and H.C.Kazanas, 《Mastering the Instructional Design Process:a systematic approach》,San Francisco, Calif,1998专家资源1. 北京师范大学：尹俊华何克抗乌美娜黄荣怀余胜泉杨开城师叔恩李薇薇高福文2. 西北师范大学：南国农萧树滋杨改学3. 华南师范大学：李克东桑新民徐福荫丁新4. 华东师范大学：祝智庭张际平华东师大其他教师简介5. 华中师范大学：傅德荣赵呈领6. 北京大学：汪琼高利明尚俊杰吴筱萌缪蓉7. 清华大学：张健伟王学优吴庚生谢新观8. 河北大学：肖树滋冯秀琪张立新9. 南京师范大学李艺高荣林10. 第一军医大学教育技术中心王金荣章战士11. 曲阜师范大学刘成新12. 第四军医大学夏仁康李冰殷广德谢百治13. 首都师范大学丁兴富其他教师3814. 上海师范大学：黎加厚15. 吉林师范大学：孙启美16. 浙江师范大学：张剑平17. 东北师范大学：王以宁教育技术专业领域重要论文01 何克抗教授诠释教育技术相关问题李馨教育技术本文主要讲述了何教授就教育技术定义、教学设计、e-learning等概念的理解。

多孔介质内对流换热的非热平衡模型相关问题研究

介质中的流动传热现象。

对多孔介质内的流动，可使用考虑非达西效应的Darcy –Brinkman -Forchheimer [1]模型进行分析；而对于多孔介质内的传热过程，能量方程可用热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型或非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型进行分析。

其中，热平衡模型被广泛用于分析多孔介质中的对流换热过程，该模型假设多孔固体骨架温度与流体温度局部相等（T s =T f ），适用于多孔固体骨架与流体局部温差不大的场合。

热平衡模型控制方程如下[2-4]：()[]()()()T T c T c c t ∇+∇=∇+-+∂∂d m p pf f ps s pf f 1λλερερερu (1)式中λm 为有效滞止导热系数[5]，λd 为热弥散导热系数。

然而，当多孔固体骨架与流体局部温差不能忽略（T s ≠T f ）时，热平衡模型便会引起较大误差，应该采用非热平衡模型。

非热平衡模型考虑多孔固体骨架与流体的对流换热，其控制方程包括流体能量方程和多孔固体骨架能量方程[3,6-9]：()()()[]()f s sf sf f d f f p pf f f pf f T T a h T T c T c t -+∇+∇=∇+∂∂λελερερu (2)()[]()[]()f s sf sf s s s ps s 11T T a h T T c t --∇-∇=-∂∂λεερSchumann 最早在1929年就考虑了非热平衡模型，但在他的研究中忽略了导热项的影响。

Quintard [10]在1998年第11届国际传热大会的主旨报告中，对在多孔介质中采用局部非热平衡模型进行理论建模做了系统分析，并在非热平衡模型中考虑了颗粒与流体间界面热阻的影响。

不少研究者已经使用非热平衡模型进行了一系列的研究。

如多孔介质中的瞬态传热Nouri-Borujerdi 等[11]、混合对流Shi 和Vafai [12]、强制对流Jiang 等[3,6-9,13-17]、双扩散多孔介质Nield 和Kuznetsov [18]等。

基于LBM的通道内多孔介质交界面滑移效应研究

基于LBM的通道内多孔介质交界面滑移效应研究郜凯凯;陈宝明;姜昊;芦凯【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2016(031)003【摘要】多孔介质与流体所构成复合区域内流体流动现象在自然界及社会许多行业之中广泛存在,研究含多孔介质通道内流体流动的问题具有重要意义.文章基于格子Boltzmann方法对局部填充多孔介质的通道内流体流动进行模拟,研究了不同工况条件下对多孔介质区域与纯流体交界面处的滑移效应变化规律,并采用编程进行数值模拟及结果验证,分析了不同Re数和孔隙率对多孔介质区域与纯流体交界面处的滑移效应.结果表明:速度滑移系数α始终为正,应力滑移系数β始终为负值;速度滑移系数α和应力滑移系数β的数值随Re数和孔隙率ε增大时的变化趋势不同,但滑移效应的变化趋势相同,即速度滑移效应和应力滑移效应都随Re数的增大而增强,随孔隙率ε的增大而减弱.【总页数】7页(P237-243)【作者】郜凯凯;陈宝明;姜昊;芦凯【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;可再生能源建筑利用技术省部共建教育部重点实验室,山东济南250101;山东省可再生能源建筑应用技术重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU996【相关文献】1.基于孔隙尺度的方腔内多孔介质融化模拟研究 [J], 王猛;朱卫兵2.相间力对微孔通道内两相驱替渗流影响规律的LBM研究 [J], ZHANGYifu;LIANG Bing;ZHANG Zunguo3.基于Chebyshev配置点谱方法的多孔介质平板通道内的流体流动数值模拟 [J], 李斌;李本文;陈元元;许学成4.多孔介质通道内单相流阻力特性数值研究 [J], 张震;刘学强;闫晓;肖泽军5.骨架发热多孔介质竖直通道内强制对流换热数值研究 [J], 杨剑;曾敏;闫晓;王秋旺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

强化传热传质的现状与展望

强化传热传质的现状与展望摘要：强化传热传质、增强或强化的科学与工艺已成为传热科学与工程许多方面的重要组成部分。

强化传热传质方面的文献综述参考了上千篇文献，其数量仍在上升。

这就带来了一个适当设计及应用信息传播的挑战。

为了给出这一重要科技现状的总览，本文陈述及评论了强化技术各分支近几年具有代表性的发展。

本文献从被动强化技术、主动强化技术及复合强化技术几方面阐述。

关键词：调研，单相流，流动沸腾，冷凝，结垢相关术语：CHF 临界热通量, [W/m2] Pr 普朗特数D 凹坑或压痕的直径, [m] q, q w壁面热流, [kW/m2]d 管或道的内径, [m] Re 雷诺数e 波纹或粗糙高度, [m] ΔT sat 壁面过热度, [K]H 180°扭距, [m] y 纽带的扭角(管内径的180°扭距)L 管内流动长度, [m] P翅片管翅片间的轴向间距[m]MHF 最小热流或莱顿弗罗斯特点[W/m2]希腊符号：δ凹坑或压痕的深度[m]θ液-固界面接触角，[度]1.引言关于强化热交换的第一篇已知论文可能是早在150年前由焦耳（1861）年所发表的。

此后，该专业领域在萌芽阶段发展缓慢，但在1950年以后得到了迅猛发展。

图1显著描绘出这一领域出版物数量的增长。

本汇编（Manglik、Bergles，2004年；Bergles 等人，1983）基于一个对期刊论文、会议论文和科技报告(不含专利)的手工搜索①。

①电子或基于网络的搜索，鉴于越来越复杂的互联网搜索引擎，虽然预期高产但实际受限于其效率。

搜索所生成的清单中有时需对错误引用进行移除或增添纰漏进行手动审核，有时疏漏或所包含的不正确引用可能是十分重大的。

关于电子搜索局限性的讨论在这篇文章的后半部分进行阐述并给出搜索结果的样例。

含有一些质量交换方面的相对数量较小的论文，作为热交换技术可增强质交换且反之亦然的一个提醒。

每年发表超过约400份出版物（Manglik and Bergles，2004），强化热交换是目前科研发展的一个主要部分。

三维有序大孔锂离子筛的制备及其交换性能研究

第２卷第７期８
２２年７月０１
无
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学
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Ｖｏｌ．＿Ｎｏ７２８１３１２８４２ — ４
Ｃ［ＨＩＮＥＳ０ＵＲＮＡＬ０ＦＩＥＪＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＴＳＲＹ
三维有序大孑锂离子筛的制备及其交换性能研究Ｌ
ＰｒｐａａｉｎｎｄＰｅｆｒａｃｕｆＴｈｒｅＤｉｅｉｎｌｙｅｒｔｏａｒｏｍｎｅＳｔｄｙｏｅ－ｍｎｓｏａｌＯｒｅｅａｃｏｒｕｓＬｉｈｕｏ－ｉｖｄｒｄＭｒｐｏｏｔｉｍＩｎ．ｅｅＳ
ｌｈｕｏ－ｅｅｐｅｕｓｒ３ｄｍｅｓｎｌｒｅｅｃｏｏｏｓ（ＤＭ）Ｌ￣ｉ２ｅｅｏｔｉｅｙｔｌｔｉｉｍｉ，ｖｒｃｒ一ｉｎｉａｙｏｄｒｄｍａｒｐｒｕｔｎｓｉｏｏｌ３Ｏｉ５ｒｂａｎｄｂｅａｅＴＯ１ｗｍｐ
筛ＬＴ— 对 “＋有较高的选择性，Ｌ＋ｉｉＨ具对ｉ的饱和交换容量达５．ｇ＋．一动力学模型用Ｅｏｉ６７ｍ）ｇ；０ｌｖｈ模型关联较好，子筛对ｃ离
Ｌｉ的离子交换动力学方程是９一６５０４１．７４ｎ（５ｃ１＝２．１＋１７１ｔ９２ｃ
ＤＮｉ．ｕｎＢｈｎＳｅＬｉｇＨＵＸａ．ｕＬＮＲｎＸｉｇＯＧＤａ－ａＩｅ —ｈｎＩｎｎＱＳＪｉｏＹＩｕ — ｏ－ｎ

多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究

多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究一、本文概述本文旨在全面深入地研究多孔介质中的相变传热与流动现象，并探讨其在多个应用领域中的实际价值。

多孔介质广泛存在于自然界和工程实践中，如土壤、岩石、生物组织以及许多工业材料。

在这些介质中，相变传热与流动过程对于理解许多自然现象以及优化工程设计具有重要意义。

本文将围绕多孔介质中的相变传热机制、流动特性以及若干应用案例展开详细的论述。

本文将系统地梳理多孔介质相变传热与流动的基本理论，包括多孔介质的基本性质、相变传热的基本原理以及流动的基本规律。

在此基础上，我们将建立相应的数学模型和数值方法，以定量描述多孔介质中的相变传热与流动过程。

本文将深入探讨多孔介质相变传热与流动的关键问题，如相界面演化、热质传递、流体流动以及多孔结构对传热流动的影响等。

我们将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种手段，揭示多孔介质相变传热与流动的内在规律和影响因素。

本文将关注多孔介质相变传热与流动在若干领域的应用研究，如能源工程、环境工程、生物医学工程等。

我们将结合具体案例，分析多孔介质相变传热与流动在这些领域的应用现状和发展趋势，为相关领域的工程实践提供理论支持和指导。

通过本文的研究，我们期望能够加深对多孔介质相变传热与流动现象的理解，推动相关领域的理论发展和技术进步，并为实际工程应用提供有益的参考。

二、多孔介质相变传热与流动的基本理论多孔介质，作为一种由固体骨架和分散在其间的孔隙或空隙组成的复杂结构，广泛存在于自然界和工程应用中。

多孔介质中的相变传热与流动现象，涉及到热质传递、流体动力学、热力学和相变动力学等多个领域，是热科学和流体力学研究的热点和难点。

在多孔介质中，相变传热主要指的是在固-液、液-气或固-气等相变过程中，热量通过多孔介质骨架和孔隙中的流体进行传递。

由于多孔介质的复杂结构，相变传热过程不仅受到热传导、热对流和热辐射的影响，还受到孔隙结构、流体流动、相变材料性质以及外部条件（如温度、压力等）的制约。

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

Corresponding author：Prof. XIE Maozhao, xmz@
基金项目：国家自然科学基金（51176021）
Foundation item：supported by the NNSFC(51176021)
引言
大孔隙率多孔介质有许多优良的物理和力学特性，如较小比重，较高渗透性，较大比表面积和良好的导热特性[1]，因此在工程和生活领域已获得广泛应用，比如集成换热器、吸附或解吸附基质以及多孔介质燃烧器等[2]。
本文假定多孔介质内没有内热源，达西速度也
局限在较低的范围内，因此在远离入口边界的情形下，可以认为能够满足局部热平衡条件。与大多数文献相同，本文采用局部体积平均方法计算热弥散系数。严格地讲，由 Weaire-Phelan 模型以阵列的形式构建的多孔介质，并不是各向同性的均匀介质。然而，对于扩散过程是各向同性的，且孔隙率和有效扩散张量为常量的材料，可以将其看作是各向同性均匀介质。弥散系数的求解采用矢量 b 映射函数的方法，详细的推导过程可参见文献[27-30]，这里仅给出最终结果。
体相为铝 T-6201，通过数值模拟，研究了孔径、达西速度和流-固热扩散系数比的影响。对弥散的影响越明显；横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时，横向分量可以忽
略不计，最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。
关键词：多孔介质；数值模拟；模型；热弥散；孔隙率
时，采用以下算法：
G bi (r )
=
bi
G (r
+
G L)
=
1 2
⎡⎣bi∗
G (r )
+
bi∗
G (r
+
G L)⎤⎦
（11）

三维有序大孔(3DOM)材料的制备与应用

三维有序大孔(3DOM)材料的制备与应用赵艳鹏;樊惠玲;杨晓旸;薛飞;董先彬;梁丽彤;上官炬【摘要】三维有序大孔(3DOM)材料具有孔径均一、排列有序和孔间贯通的独特结构,近年引起广泛关注.介绍了采用胶晶模板法制备3DOM材料的方法,综述了3DOM材料在电极材料、电化学生物传感器、光子晶体和催化化工等领域的研究应用,指出3DOM结构在金属氧化物脱硫领域的巨大优势.%Three-dimensionally ordered macroporous(3D0M) materials have attracted much attention because of their properties of uniform macropores, ordered arrangement, thorough channels in recent years. The preparation of 3 DOM materials by using the colloidal crystal templating method was introduced. The research on the application of 3 DOM in the fields of electrode materials, electrochemical biosensors, photonic crystals and catalytic chemistry were also summarized. The great advantage of 3DOM structure in the sorbent for desulfurization was pointed out.【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2012(020)008【总页数】5页(P1-5)【关键词】催化化学;三维有序大孔;胶晶模板法;合成方法【作者】赵艳鹏;樊惠玲;杨晓旸;薛飞;董先彬;梁丽彤;上官炬【作者单位】太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术省部共建国家重点实验室培育基地,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TQ426.65;O643.36三维有序大孔(3DOM)材料，是一类孔径大于50 nm的新型大孔材料，具有大孔孔径均一、孔道排列整齐有序和大孔之间有小窗口连通的独特结构，构成内部交联的三维大孔网络，因而具有高的比表面积和大的孔体积。

纳米流体在使用两相模型波浪通道内紊流强制对流

纳米流体在使用两相模型波浪通道内紊流强制对流两相混合物模型被用于数值模拟的Al2O3-动荡的强制对流水纳米流体在波状挡边通道下恒热流。

这两种混合和单相模式实施研究在这样的纳米流体流动几何形状和结果进行了比较。

的影响纳米颗粒的体积分数，雷诺数和波纹壁传热速率的振幅进行了研究。

结果表明，随着纳米颗粒的体积分数，雷诺数和振幅壁波，传热率增加。

高努塞尔数比在单相模式类似的案例。

Introduction传热系统的优化是一个显著的问题在许多工程应用中，特别是那些采用紧凑式换热器。

用波浪渠道，作为一种被动方法是一种廉价的和适宜的方式以增加在紧凑式换热传热率热交换器。

波浪渠道防止发展流通过扰乱流场和边界层和也提高较高和较低温度的混合流，这有助于提高传热。

几何形状和结果进行了比较。

的影响纳米颗粒的体积分数，雷诺数和波纹壁传热速率的振幅进行了研究。

结果表明，随着纳米颗粒的体积分数，雷诺数和振幅壁波，传热率增加。

还结果表明，该混合模型产生于高努塞尔数比在单相模式类似的案例。

另一方面，紊流是非常重要的从科学和工程的角度来看，因为它通常发生在许多工业应用中，如热交换器，制冷系统，燃气涡轮机和核反应堆。

王和陈[1]研究了热传递率在在层流政权统一的正弦波纹通道壁温。

他们发现，通过增大雷诺数数和普朗特数都热的速率传输和表面摩擦的增加，并且没有显著强化传热在较小的幅度波长。

在类似的情况下，穆罕默德等人。

[2]数值研究层流强制对流在波浪的入口区域墙通道恒定壁面热流。

雷诺数是在100-1500的范围和幅度表面为0和0.5之间。

他们的研究结果表明：的剪切应力和努塞尔数随增大雷诺数和最高幅度发生在入口区域。

Zhang等人。

[3]研究了数值的热传递增强的Al2O3-水纳米流体的自然对流在加热波浪腔。

他们研究的影响瑞利数，波浪墙和体积的幅度在流场和温度纳米流体的部分分布。

他们报道了这些参数的影响都在流场更有效的比对温度分布。

拉希米等。

[4]，研究了湍流强制对流在一个会聚的正弦通道射流数值。

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图 5 不同堆积模型中压降及阻力系数变化 Fig. 5 Variations of Pressure Drops and Friction Factors for Different Packing Forms
不同堆积模型阻力系数先增大然后逐渐趋于常数（Re>3000），与通常的研究结论相吻合。Re<10 时，不同堆积模型阻力系数基本相同；而当Re>10，其差异逐渐增大。SC模型阻力系数最大；FCC模型阻力系数最小。阻力系数常数c1， c2计算值示于表2。从表2可以看到，各堆积模型的c1值较为接近，而c2值差别较大；其中，SC模型c2值最大而 FCC模型c2值最小。不同堆积方式下多孔介质内颗粒壁面 Nu （Nusf）及综合换热效率（γ）变化如图6所示。从
不同网格下 SC 堆积模型中的总压降及总换热量（Pr=0.7, Re=101000） Table 1 Total Pressure Drop and Heat Quantity for SC Packing with Different Grids
参数名网格（总单元数） ∆Ptotal, Re / Pa Qtotal, Re / W ∆Ptotal, Re=1000 / Pa Qtotal, Re=1000 / W 513393 0.0527 0.0175 35.110 0.897 参数值 625795 0.0539 0.0179 36.261 0.915 819694 0.0546 0.0182 36.625 0.930
图6a可以看到， Wakao公式计算得到的Nusf明显高于实际计算结果，不同堆积模型Nusf变化不同，其中， FCC模型Nusf最大，而SC堆积模型Nusf最小。 a2和n计算值见表3。从表3可见，换热系数常数a1，不同堆积模型a1和n的值较为接近，而a2值差别较大；其中，FCC模型a2值最大而SC模型a2值最小。
γ = hsf ∆p
3.2
（7）
颗粒堆积方式变化对多孔介质内对流换热性能的影响首先，对颗粒堆积方式的影响进行研究，包
b
阻力系数
括 SC、BCC 和 FCC 均匀堆积模型（图 2a，图 2b 和图 2d），其中，Re=1~5000，Pr=0.7，T0=293 K，
Tp=333 K。不同堆积方式下颗粒孔隙内温度分布如图 4 所示。各堆积方式下（SC、BCC 和 FCC）第 6 堆积单元内流体平均温度分别为 308 K、 317 K 和 327 K；这表明 FCC 堆积多孔介质内流体换热最强，而 SC 堆积模型最弱。不同堆积方式下多孔介质内压降（∆p/∆x）和阻力系数（f）变化如图5所示。从图5a可以看到， Ergun公式计算结果明显大于实际计算结果，不同堆积模型压降变化不同，其中FCC模型压降最大而SC模型压降最小。从图5b可以看到，随Re增大，
Pk = µ t
∇V + (∇V ) k2 ； µ t = ρ f cµ ∇V ε
T
η ⎞ ⎛ ⎟ 4 .38 ⎠ ⎝ cµ = 0.085 ； cs1 = 1.42 − f η ； f η = 1 + 0.012η 3 Pk η= ；cs2=1.68； σ T = 1.0； σ k = σ ε = 0.718 ρ f cϖε 边界条件： η ⎜1 −
ρ f (V ⋅ ∇V ) = −∇p +
表1
T ⎫ ∇⋅⎧ ⎨ (µ f + µ t ) ⋅ ∇V + (∇V ) ⎬ ⎩ ⎭ 能量方程：
[
]
（2）
⎡⎛ k ⎤ µ ⎞ ρ f (V ⋅ ∇T ) = ∇ ⋅ ⎢⎜ f + t ⎟(∇T )⎥ （3） ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎣⎝ cp σ T ⎠ ⎦ 式中，V 为速度矢量；ρf 为流体密度；µf 为流体动力粘性系数；T 为温度；kf 为流体导热系数；cp 为流体定压比热。 RNG k-ε湍流方程：
1
2
1
（1. 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安，710049； 2. 中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室，成都，610041）
摘要：采用 N-S 方程和 RNG k-ε 湍流模型及比例缩放的壁面函数法对三维圆球颗粒有序堆积多孔介质孔隙内的强制对流换热进行了数值研究。详细研究了 Re 数变化及不同颗粒堆积方式对多孔介质强制对流换热性能的影响。计算结果表明：在相同条件下，通过对颗粒进行合理有序堆积，可以使相应多孔介质内的压降显著降低，其综合换热效率明显提高；传统经验公式用于颗粒有序堆积多孔介质须进行合理修正；在不同堆积方式中，简单立方体均匀堆积（SC）模型的综合换热效率最高；在相同堆积方式下，均匀颗粒堆积多孔介质内的综合换热性能明显高于非均匀颗粒堆积多孔介质。关键词：颗粒；有序堆积；多孔介质；强制对流换热；数值模拟中图分类号：TK 124 文献标识码：A
图 1 物理模型 FigLeabharlann 1 Physical Model
收稿日期：2009-10-15；修回日期：2010-03-15 基金项目：空泡物理和自然循环国家级重点实验室基金资助项目（9140C7102010804）
104
核动力工程
Vol. 31. S1. 2010
段，颗粒堆积通道和出口段。颗粒堆积单元模型如图2所示，包括简单立方体均匀堆积（SC）、体中心立方体均匀和非均匀堆积（BCC和BCC-1）以及面中心立方体均匀堆积（FCC）。
均匀及非均匀堆积模型中心对称轴截面温度分布（Re=1000） Fig. 7 Temperature Fields in Middle Diagonal Cross-Sections for Uniform and NonUniform Packings(Re=1000)
a 颗粒壁面 Nu
图7
a 压降 b 综合换热效率
2
（5）
Nu sf =
hsf d p kf
⎛ dp ⎞ ⎟ = a1 + a 2 Pr 1 3 Re n ⎜ ⎜d φ⎟ ⎝ h ⎠
n
（6）
杨
剑等：三维颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热数值研究
105
图4
a 阻力系数
不同堆积模型中心对称轴截面温度分布（Re=1000）
Fig. 4 Temperature Fields in Middle Diagonal Cross-Sections of Different Packings
第 31 卷增刊（1） 2 0 1 0 年 5 月文章编号：0258-0926(2010)S1-0103-06
核动力工程
Nuclear Power Engineering
Vol. 31. S1 May. 2 0 1 0
三维颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热数值研究
杨剑，曾
1
敏，闫晓，王秋旺
⎢⎝ ⎣
⎡⎛
µt σε
⎤ ⎞ ⎟ ⎟ ⋅ ∇ε ⎥ + ⎥ ⎠ ⎦
cε1ε ε2 Pk − cε 2 ρ f （4-2） k k 式中， Pk 为湍流产生项； µ t 为湍流粘性系数；cε1， cε2，σT，σk 和 σε 为湍流常数，其定义及取值如下：
∆p 1 ⎛ VD ⎞ 1 ⎜ ⎟ = f ρf ⎜ ∆x 2 ⎝ φ ⎟ ⎠ dh c f = 1 + c2 Re
b 颗粒壁面Nu
图 3 阻力系数及颗粒壁面 Nu 变化 Fig. 3 Variations of Friction Factor and Nusselt Number of Particle to Fluid
a 压降
式中，f 为阻力系数；c1，c2 为阻力系数常数；hsf 为颗粒壁面对流换热系数；a1，a2 和 n 为换热系数常数；Re 为孔隙雷诺数；dh 为孔隙水力直径； dp 为颗粒直径。综合换热效率（ γ ）的定义如下：
3 结果与讨论
3.1 基本流动及换热关联式多孔介质内宏观流动及换热特性通常可以表，述如下[6 7]：
ρ f (V ⋅ ∇k ) =
⎡⎛ ⎤ µt ⎞ ∇ ⋅ ⎢⎜ ⎜ µf + σ ⎟ ⎟ ⋅ ∇k ⎥ + Pk − ρ f ε （4-1） ⎢⎝ ⎥ k ⎠ ⎣ ⎦
ρ f (V ⋅ ∇ε ) = ∇ ⋅ ⎢⎜ ⎜ µf +
有序排列堆积构成，通道四壁绝热，颗粒温度维持恒定Tp，通道入口冷流体温度和流速保持恒定。受当前计算条件限制，对多孔介质颗粒孔隙内的对流换热进行整场模拟尚不可行。本文选取如图 1b所示的颗粒堆积通道作为研究对象，包括入口
a 颗粒有序堆积床
b 颗粒有序堆积通道
2 物理模型及数值方法
如图1a所示，多孔介质方形通道由圆球颗粒
dh / mm 7.75 4.12 3.14 —
c1 143.88 129.81 164.12 133
c2 0.882 0.374 0.297 2.33
从图6b可见，随Re增大，各堆积模型综合换热效率降低；其中， SC模型综合换热效率最高，而FCC 模型综合换热效率最低。颗粒均匀及非均匀堆积多孔介质内对流换热性能对比采用 BCC 均匀及非均匀堆积模型作为研究对象。其中，BCC 模型代表均匀堆积，BCC-1 代表非均匀堆积（图 2b 和图 2c）， Re=1~5000 ， Pr=0.7，T0=293 K，Tp=333 K。 BCC 及 BCC-1 模型颗粒孔隙内温度分布如图 7 所示。从图 7 可见，BCC-1 模型颗粒孔隙内 3.3
1 引
言
颗粒无序堆积模型因其构造简单、成本低廉，在实际工程中得到了广泛的应用。但是，颗粒无序堆积多孔介质内的流动换热性能并不理想，其流动阻力大且综合换热效率较低。为此，近年来已有学者开始对颗粒有序堆积多孔介质内对流换热展开了相关的研究。研究表明，通过对颗粒进行合理有序堆积，其流动阻力可以显著降低，综合换热效率也有一定提高[1~3]，这对改善和优化颗粒堆积多孔介质内的对流换热具有重要意义。目前尚未见到有不同尺寸颗粒共同堆积孔隙内对流换热的研究报道，有必要对其开展更为深入的研究。本文对三维圆球颗粒有序堆积多孔介质孔隙内的强制对流换热进行了数值研究，详细分析了 Re变化及不同颗粒堆积方式对多孔介质内对流换热性能的影响，并对相应宏观流动换热模型进行修正和完善，从而为深入理解和优化颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热提供一定的理论依据。