多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析_刘宇卿
多孔介质模型在板翅式换热器数值模拟中的应用
摘
要 ： 利 用 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件 中的多孔介 质模 型 ， 对板翅式燃气热水器换热器芯体 内流体 的流动与传热进行 三维数值模
拟 。计算分析 了不 同操作参数条件下 ， 热器 芯体 的流场分布特点 ， 换 计算结 果与热水 器样机测试 实验结果 吻合 ， 明该 表
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｓ Ｍ ｅ ｉ ｎ ｓ ｒｂ ｔ ｄ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｍ ｏ ｅ ｎ Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｐ ｉ ｔ ｆＰ ｒ ｕ ｄ ａ ａ ｄ Ｄｉ ｉ ｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｄ ｌｉ ｍ ｒｃ ｌ ｃ ｏ ｔ ｓ Ｓ ｍ ｕ ａ ｏ ｆ Ｐ ａ ｅ ｆｎ Ｈｅ ｔＥｘ ｈ ｎ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｌｔ－ ａ ｃ ａ ｇ ｓ ｉ ｉ
ｅ ｐ ｒ ｎ ｓｏ ｅ ｗ ｔｒｈ ａｅ ，ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｇ ｔ ｅ ｆａ ｉ ｉ ｔ ｅ ｐ ｒｕ ｄ ａ ａ ｄ ｄ ｓｒ ｕ ｅ ｓｓａ ｃ ｄ １ ｘ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｆ ｔ ａ ｅ ｅ ｔｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｅ ｂｌ ｙ ｏ ｔ ｏ ｏ ｓｍｅ ｉ ｎ ｉｔｉ ｔｄ ｒ ｉｔｎ ｅ ｍｏ ｅ ． ｈ ａｎ ｈ ｓ ｉ ｆ ｈ ｂ ｅ
５０根换热 管 和 ｌ 阻碍 片 的换 热 器 中 的流 动 ， ０ ０个
板翅式换热器芯体结构复杂 ， 存在隔板 、 翅片 等大量的固体构件 。在进行计算机模 拟的时候 ， 将流体 、 固体划人同一个控制体 ， 通过对守恒方程
及 差分 方法 的修 改来表 现 固体 的影 响 。基于 多孔
模型 的应用是切实可行 的。 关键词 ： 板 翅式 ； 芯体 ； Ｌ 质 ； 多孑 介 数值模拟
中图分类 号 ： Ｔ １ ５ Ｑ０ ． ５ 文献标 识码 ： Ａ ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ２０ ． １ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０５— ３ ９ ２ １ ．４ ０ ５ ｓ
2010 年中国工程热物理学会传热传质学术会议暨国家自然科学基金传热传质领域项目进展交流会议
9:15-10:00
过增元 院士 (清华大学)
报告题目：热学的另一半？ 10:00-10:45 Prof. Kenichiro Takeishi (Osaka University, Japan)
报告题目：Progress and contribution of heat transfer for the development of ultra high temperature industrial gas turbines 10:45-11:00 休息
地点；陈瑞球楼 117 会议室
陈 粤，刘俊威，莫冬传，吕树 申 王 宏，余勇胜，朱 恂，孙少 鹏，廖 强，杨宝海，丁玉栋 夏 莉，张 鹏，王如竹 王永红，陶乐仁，王金锋，郑志 皋，黄理浩，张玲玲，韩 磊 祝银海，姜培学，孙纪国，熊宴 斌 蔡 军， 徐根花， 淮秀兰， 王 立 马学虎，于春健，兰 忠，王冬 慧 兰 忠，徐 威，马学虎，彭本 利，王四芳，张崇峰 黄 志，王琳玮，刘 抗，胡雪 蛟 宋伟明，孟继安，李志信 王杏涛，张靖周，谭晓茗
多孔介质内复合对流传热传质的数值分析
[
]
2
U
1 2 T T （R +V = · R R Z R Re·Pr 2 C C U +V = · Z R Re·Sc
[
[
2 T T 1 ） + 2 + M（ R － ） R 2 Z 2 1 C C （R ） + 2 R C R Z
]
]
式中为考察非均匀分布的内热源对流体影响引入内热源分 表征内热源强度沿径向变化的梯度大小，M 越大， 内 布系数 M， 热源加热强度沿套管中心向内外边壁处增长越快 。参数 N 是物 ［6 ］ 表示物质扩散浮力与热 质与热两种格拉肖夫数 Gr c 与 Gr t 之比， 。 N ＞ 0 N ＜0 时 浮生力的相对大小， 即二浮力之比 时二浮力同向， 二浮力反向。 本文研究的无因次化边界条件为： T R = 1， U = 0， V = 0， C = 1， = 1 R T R = 2， U = 0， V = 0， C = 0， = 0 R Z = 0， U = 1， V = 0， C = 1， T =1 U V C T Z = Z out ， = 0， = 0， = 0， =0 Z out Z out Z out Z out
图 3 中可以看到， 当 N ＞ 1 时速度 V 为正， 其值随 N 的增加 而增大， 说明传热和传质的复合浮力向上， 内壁面流体沿壁面向 上流动， 但在外壁面处由于内热源的分布梯度减小， 对流体的推
42
广
州
化
工
2012 年 2 月
2． 2
温度和浓度分布
图 5 和图 6 分别是 M = 0． 8 和 3 时的等温线和等浓度线， 显 示了内热源强度在径向分布强弱对温度和浓度边界层厚度及形 状的影响。当 M = 0． 8 时等温线和等浓度线均偏离纯热量（ 纯质 量） 扩散条件下的等间距水平线， 这是由于在径向上内热源强度 的差别对浓度和热量传递产生的热浮力造成的 。当 M 增大到 3 时内热源的影响更加显著， 由图中可以看出等温线和等浓度线 分布更加密集， 表明传热和传质过程更加明显 。
多孔介质内的相变传热传质过程研究的开题报告
多孔介质内的相变传热传质过程研究的开题报告【摘要】相变传热传质过程在工业生产和科学研究中具有广泛的应用，如能源转化、化工工艺、材料加工等领域。
而多孔介质作为一种典型的复杂介质，在这些领域中也有着重要的地位。
本文将探讨多孔介质内的相变传热传质过程，并制定相应的研究计划。
【关键词】相变传热传质，多孔介质，研究计划【正文】一、研究背景相变传热传质是指物质在相变过程中产生的传热传质现象。
相变过程一般分为凝固和融化两种情况，而这种过程通常会begindle 标为潜热。
多孔介质是指具有大量孔隙和微观孔洞的材料，如蒸汽发生器、泡沫材料、纤维材料等。
多孔介质的特殊结构使其具有良好的传热传质性能，在相变传热传质过程中也会发挥重要作用。
二、研究意义多孔介质内相变传热传质过程的研究对于工业生产和科学研究均具有重要意义。
在能源转化领域，如燃料电池、热泵等设备中，多孔质材料的相变传热传质性能直接影响了设备的运行效率和能源利用率。
在化工工艺和材料加工领域中，多孔质材料的相变传热传质性能受到直接制约，因此对其进行详细的研究有助于优化生产流程和提高产品质量。
此外，多孔介质内相变传热传质过程也有利于理解液体和气体的流动运动以及热交换机制，对于深入探讨物理学和化学学等领域有着重要意义。
三、研究计划（一）理论研究1. 分析多孔介质内相变传热传质的物理机制，阐述其基本原理和特点；2. 建立多孔介质中相变传热传质的数学模型，并进行验证和改进；3. 基于模型计算多孔介质内相变传热传质过程的传热传质效率和物质转移效果。
（二）实验研究1. 设计并制备多种不同孔隙率、孔隙大小和孔隙分布的多孔材料样品；2. 将多孔材料样品放置于相变介质中进行实验研究，记录其体视干湿度、温度、压力等变化规律；3. 通过实验，验证理论模型的可靠性并分析多孔介质结构对相变传热传质过程的影响。
（三）应用研究1. 评价多孔介质内相变传热传质过程对热泵、燃料电池等设备的效率影响；2. 探究多孔材料的制备方法和结构参数对相变传热传质性能的影响；3. 提出针对多孔介质内相变传热传质过程的优化措施，并进行实验验证。
多孔介质反应器的数值模拟
多孔介质反应器的数值模拟
方志林;韩辉;万新军
【期刊名称】《井冈山大学学报》
【年(卷),期】2014(035)001
【摘要】利用专业的多物理场耦合软件（COSMOL Multiphysics）对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟，计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块，得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。
该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。
利用后处理软件对计算结果进行分析，为其后期的工业开发提供了理论依据。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】方志林;韩辉;万新军
【作者单位】巢湖学院化学化工与生命科学学院，安徽巢湖;238000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.7
【相关文献】
1.煤层气在多孔介质填充管线反应器中的水合实验研究
2.基于多孔介质模型的SCR 烟气脱硝反应器流场的数值模拟
3.基于多孔介质加氢裂化反应器多相流数值
模拟4.多孔介质反应器的数值模拟5.内置多孔介质卷式反应器内甲烷富燃制氢的
数值模拟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
多孔介质燃烧_换热器内燃烧和传热的数值模拟
第 25卷第 6期 2010年 11月热能动力工程J OURNAL OF ENG I N EER ING FOR THERMA L ENERGY AND POW ER Vo. l 25, No . 6N ov . , 2010收稿日期 :2009-09-23; 修订日期 :2010-02-25基金项目 :辽宁省教育厅科学研究计划基金资助项目 (2008491; 辽宁省博士启动基金资助项目 (20081073; 国家自然科学基金资助项目(50476073(, , .文章编号 :1001-2060(2010 06-0648-05多孔介质燃烧 -换热器内燃烧和传热的数值模拟徐有宁 1, 史俊瑞 1, 解茂昭 2, 薛治家1(1. 沈阳工程学院沈阳市循环流化床燃烧技术重点试验室 , 辽宁沈阳 110136;2. 大连理工大学能源与动力学院 , 辽宁大连 116024摘要 :通过建立二维数值模型研究了多孔介质燃烧 -换热器内的燃烧和传热。
研究系统配置对燃烧 -换热器热效率和压力降的影响。
结果表明 , 换热管的纵向距离对燃烧器内温度分布、传热速率和压力损失有显著的影响。
减小换热管纵向距离 , 热效率和压力损失增大 , 而换热管的水平距离对热效率和压力损失的影响很小。
另外 , 增大小球直径导致热效率增大和压力损失的急剧减小。
数值模型的有效性通过实验进行验证。
关键词 :多孔介质 ; 燃烧换热器 ; 二维单温模型 ; 传热 ;压力损失 ; 温度中图分类号 :TK411. 1 文献标识码 :A引言将多孔介质燃烧器和换热器集成于一体的多孔介质燃烧 -换热器 , 具有功率调节范围大、结构紧凑、热效率高和污染物排放低等优点[1~3]。
Tri m i s和 Durst 设计的多孔介质燃烧 -换热器 [1], 比同功率常规换热器体积缩小了 20倍 , 负荷调节为 1 20, 在过量空气系数为 1. 1~1. 8时 , 烟气排放中 CO 体积分数小于 10-5, NO x 体积分数为 (2~20 10-6。
基于多孔介质模型的钾热管数值模拟研究
基于多孔介质模型的钾热管数值模拟研究韩冶，周问，柴宝华（中国原子能科学研究院，北京 102413）（联系电话：************，E-mail：****************）摘要文章对钾热管稳态传热工况进行了数值模拟研究。
建立了包含热管管壁、吸液芯和气腔的数学模型。
其中对吸液芯液体流动区域建立了多孔介质模型，该模型考虑了液体流动对热管传热性能的影响。
利用PHOENICS3.6作为求解器对数学模型进行数值计算，得到了管壁温度分布，液体和气体的温度、压力和速度分布。
分析模拟结果得到了钾热管内部各相工质传热传质机理。
模拟结果与试验数据符合较好。
关键词 钾热管，数值模拟，多孔介质，PHOENICS，气液界面1前言钾热管是液态金属高温热管的一种，工作温度为400℃至800℃。
钾热管在高温下具有饱和蒸气压低，气化潜热高，导热性好，寿命长等优点。
因此钾热管在航天、国防等领域有着重要应用。
钾热管内部工作过程较为复杂，包括管壁导热，吸液芯液体流动传热，气液界面工质相变与传热，气腔内蒸气流动。
全面了解热管内部传热传质机理，能够为热管试验和热管结构优化设计提供更多的理论支持。
为此中国原子能科学研究院对钾热管进行深入的试验研究和理论研究。
在理论研究中，作者对钾热管吸液芯液体流动区域采用了多孔介质模型。
由于多孔介质模型考虑了液体的流动特性，该模型可得到其他模型无法得到的吸液芯内液体流速及压力的分布情况。
本文将利用PHOENICS3.6作为求解器对钾热管进行稳态传热工况的模拟计算。
将得到钾热管内部各相工质流动与传热相关数据。
通过对模拟结果分析，可以较全面揭示钾热管内部传热传质机理。
2钾热管数值模拟2.1物理模型及基本假设钾热管结构组成包括：气腔、吸液芯、管壁和两端端盖。
建立如图1所示的钾热管物理模型。
本课题研究的钾热管结构参数如表1所示。
图1 钾热管物理模型结合钾热管实际工作状态及物理特征，对钾热管物理模型做如下假设：热管蒸发段外壁面为均匀热流加热；冷凝段外壁面由均匀冷流体带走热量；热管工作处于稳态；绝热段外壁面及热管两端为绝热；忽略端盖厚度；蒸气流动处于亚声速；吸液芯中液体、气腔内蒸气流动为层流。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析
刘宇卿韩战
（中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，100083）
摘要：针对多孔介质传热传质的复杂性，本文利用非等径球颗粒模型构建了一类由颗粒胶
结而形成的多孔介质，通过Fluent数值模拟对多孔介质热传导机理进行了研究，得出了
多孔介质骨架颗粒的热传导规律，证明了利用局部非热平衡模型研究多孔介质传热的正确
性，得到了孔隙介质颗粒体表面热流密度与内部流速、粒径尺寸有重要的内在联系。
其中
对非等径球体颗粒堆积模型的研究证明了在同一多孔介质体内不同粒径尺寸的颗粒流固壁
面热传导系数也存在不同。
在对渗流问题进行分析时，提出了等径球规则排列模型的不
足，并分析了其中原因，然后利用非等径球模型再次对砂岩渗流问题进行了研究，得到了
更好的结论。
关键词：多孔介质，球体颗粒模型，数值模拟，传热
一、引言
本文将通过构建的球体颗粒排列的多孔介质模型结合多孔介质传热传质理论来进行数值模拟工作。
考虑到砂岩中石英的导热系数相对较小，在传热机理分析时，我们采用传热系数相对大的铜作为骨架颗粒，将模拟结果进行提取、分析，并与经验公式进行比对，验证颗粒排列模型分析方法的可行性，并做出简要总结。
之后我们利用石英作为骨架颗粒构建砂岩模型，对不同渗流情况下砂岩模型的传热情况进行分析。
得到砂岩模型的导热系数、渗透情况等。
最后利用砂岩模型与工程实际进行比对，确定此模型的适用性。
二、研究方法及模型的建立
2.1 模型建立
在低流速情况下，与等径模型相同的是在流速方向上球体颗粒表面热流密度呈递减趋势，不同点是非等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度有些高于等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度。
原因是低流速情况下由于上排颗粒及周围液体固液面平均温差相对较小，且温穿透层更厚，所以有更多的热流密度通过固体间的接触传递往下排颗粒，加上大球之间又有小球存在，加大了往下层颗粒的导热量，但同时小
球颗粒面也和周围液体存在热量的传递，所以综合看来，与等径球颗粒模型相比，对应点有些较高有些则较低。
图1 模型建立仿真图
三、结论
（1）流速相同时时，粒径越小，流固壁面热传导系数越大；粒径相同时，入口流速越大，流固壁面热传导系数越大。
这与流固传热理论也是相符的。
（2）等径球颗粒之间的孔隙如积传热系数，使对流换热量也更大。
所以如果要获得更好的传热效果，可以思考加大换热面积的方法。
多孔介质传热传质研究将在果用更小的球体填充，可以增大比面，即可增大单位换热面积，进而增大多孔介质体未来很长一段时间内，仍将持续成为研究的热点。
其关键一是如何构建更能准确反映多孔介质真实物理属性并且便于分析的模型；二是寻求更能准确分析多孔介质体内传热传质的理论。
数值模拟手段能够重现实验的过程，数值模拟方法的关键一是采用与实际符合好的理论，二是能构建与实际情况相符的模型，三是采用更准确快速的算法。
参 考 文 献
1．Cluver E. H.．An analysis of ninety-two fatal heat stress cases on Witwatersrand gold mines．South African Medical Journal，1932，615~23
2．王补宣．多孔介质传热传质研究的意义与现状．中国科学基金，1991，13O~32O
3．施明恒．多孔介质传热传质研究的现状和展望．。