2018传热传质学年会集

部分填充多孔介质通道温度分 、、：Inthisstudy,thelocalthermalequilibriumisutilizedfortheflowandheattransferinaparalleltechannelpartiallyfilledwithaporousmaterial.Thedistributionofvelocityandtemperatureineachregionwereresultsshowthatthe umvelocityappearsinthefluidregion,andincreaseswiththedecreaseofDarcytemperaturechangesinthefluidareaismoreobvious,andthetemperatureincreaseswiththedecreaseofthethanthatofchangingtheinterfacialstressjumpcoefficient. 多孔介质是由固体骨架和孔隙构成核废料处置等自然系统和工程实际中有LcalraleubrmTE研究其内部的流动传热问题。oukaos和zca[]采用数值和解析法研究了平行平板和管内两种几何结构内填充Nu数A-Nr和Ak2]在能收集器中采用多孔基底以改善吸收器板和流体之间的对流换热。Guo3]等人在对外表面为恒定热流的流动时考虑了多孔介质对壁面的流动和传热响和最佳多孔层厚度对换热的影响。Kune4]研究了部分多孔介质填充通道内oue流的对流传热问题，利用rnka-oceerexenedrya数对速度分布和Nu数的影响。Kunev和Ned5进行研究，分析了导热系数、体积分数、uNed和vneov6]对通道中心处部分填充多Nu以上研究虽然均分析了部分填充多

对部分填充多孔介质平行平板通道内的本文所研究的物理模型为部分填充1上层为自由流体区，下层为多孔介质区，流密度qw。通道总高度为2H，界面处距离通道中心线为H（值取-11之间，多孔介质厚度。流体以速度u假设流经此模型的流体状态为不可压缩1部分填充多孔介质通Fig.1Configurationofthechannelpartiallyfilledwithaporousmaterial.虑到多孔介质区及自由流体区二者界面

px

2uf

k

uf1

Cfk0k

Hy

p

f2

Hy

kTf1(kk

uu

ff f

其 ，k，k

Tf

yH:uf20,y

uf2

其中（6）中的为界面应力跳Cf

Yy,

(TT

Dakk k

es qw

Xx,kkes,Meff

,R cpuf

Tf

(kefkes

2Tfy

Hy

cpuf

f2

f2Hy

2 f1R2U

1M

kk

Uf21

kes

yH:uf10,Tf1

Uf2Y1Uf1Y1Uf1YUf2Y

q k)Tf

UU1

Y

U

Y

Uf2YyH:uf1uf2,Tf1T

因此得到多孔介质区和自由流体区的运Uf1N0N1sinh(R(Y))N2sinh(R(Y

f2w f

1Y

um 2UfC0C1YC2Y2

Y

N0

1,N1

,N2

(MUiR2

Uf1

(1k

2fff

1Y

2Ui

2Ui2

Uf2

1

Y

C0

2(

,C1

2(

,C2

Um

1 1

Y

1

Ui

DRtanh(R(1))Rsinh(R(1))2 a

Da(

Y:Y(1k)

,f1

Y1: 2

U1N(1)N1N2(cosh(R(1))

分别得到多孔介质和自由流体区的温度m

C0(1)1(12)2(13) R RY

R22

f2k1C0Y21C1Y31C2Y4P1YP2

Um其中

10 10 段，所以Tf2Tf1=

P22R2(1k)N0R(1)2(1)(RN2R2Um

R

R

f1 1

f2

H

(2

C02

1C13

C24C0

2

1C23um2H(uf1dyuf

（

uf1qwum

2Tf

=0时不同Da数下的无02Da数下的自由流体区速度分布均为抛物线型。多孔介质区的速度小于自由流体区的速Da数减小时，自由流体区的Uax逐渐增a孔介质区内流动的阻力而导致自由流体a=0-4和105YDcyacyDa

YY--YY--

DDa=10-2,10-3,10-4,10-0Da数对速度分布的影

3不同Da对速度分布影Fig.3TheeffectofβonthevelocityprofilesforvariousDanumbers3Da数下变化比较小Da数变化更加明显；在自由流体区的多孔层厚度0（Fig.2TheeffectofdifferentDanumberson

velocityprofile

跃系数k下多孔介DD=-aD=10-aYYYY---

--7.0-6.5-6.0-5.5-5.0-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5

对温度分布的影响要远大于改变应力跳跃系数对温度的影响。DD=10-aYY

-

YYD=10--7.0-6.5-6.0-5.5-5.0-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5

-(b)β=-4多孔层偏心厚度0时k对流体温度分Fig.4Theeffectofkonthetemperatureprofiles

-- - - - - - - - (a)

4所示为=0，Da=10-30.6流体区内的温度也同样随k的增加而减小，k对自由流体区内的温度影响要大于多孔介质区图5给出的0,0.6,Da=10-和10

YY---7.0-6.5-6.0-5.5-5.0-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5(b)5不同界面应力跳跃系对温度分布stressjumpcoefficients质区的分布曲线已经重合近似成一条直流体区的温度分布有所不同，0和11

结本文采用局部热平衡（Localthermal质平行平板通道内的对流换热进行了研Da数及导热系区，且流速最大值Umax随数的减小而（2区界面很小的范围内会出现一个不随高0（3）（4）k对温度分布的影响要远大于改变应力跳对温度的影响。Poulikakos,D.,Kazmierczak,M.:dconvectioninaductpartiallyfilledwithaporousmaterial.ASMEJ.HeatTransf.109,653–662(1987)Renew.Energy13,165–173(1997)medium.Int.J.HeatMassTransf.40,4209–4218(1997)Kuznetsov,A.V.:yticalinvestigationofcouetteflowinacompositechannelpartially

filledwithaporousmediumandpartiallywithaclearfluid.Int.J.HeatMassTransf.41,2556–2560(1998)Kuznetsov,A.V.,Nield,D.A.:dconvectioninachannelpartlyoccupiedby