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多孔固体构架与气流对流换热特性数值研究

于明跃  
【摘要】: 随着经济和社会的高速发展,能源和环境问题日益突出。如何提高热能的传递效率,正日益引起人们的研究兴趣。多孔材料因其在热能传递过程中的高效性、方便性而显示出诱人的前景。本文以太阳能高温热转换装置内的多孔材料高效吸收腔室为研究背景,通过数值模拟研究了大孔隙率多孔介质内的流动和换热过程,目的在于系统的研究多孔材料内气体流动换热特点及规律,推动进一步的理论研究以及实际应用。 本文在以下的方面进行了研究和探索: 1.研究了几种湍流模型应用于不同多孔结构模型对计算结果的影响,分别采用标准k -ε模型和RNG k -ε模型对二维模型结构的湍流流动进行了数值模拟,获得了细致的湍动能和速度分布。与文献中的结果进行了对比,验证了本文计算的合理性。 2.为了得到更接近于真实多孔材料的计算模型,本文提出了一种不连续孔片结构模型以表示多孔材料,详细分析计算了该模型结构的几何形状特点,并在此基础上,逐个分析了不同方面的结构变化对换热性能造成的影响,最后拟合了近似的努谢尔数关联式。 研究表明,不同湍流模型将对二维模型结构湍流流动结果造成影响,同时不同的二维骨架结构将对湍动能、脉动速度等湍流量造成影响。三维不连续孔片结构与目前研究较多的桁架结构均能较好的反映真实的流动情况,同时本文计算的传热努谢尔数结果均在文献范围内,可以作为相关的多孔材料吸热腔设计参考。


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