局部非热平衡条件下多孔介质中自然对流的稳定性研究

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1、分类号学号M201270854学校代码10487密级硕士学位论文局部非热平衡条件下多孔介质中自然对流的稳定性研究学位申请人：张飞学科专业：工程热物理指导教师：杨昆副教授答辩日期：2015.5.21ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyoftheStabilityofNaturalConvectioninPorousMediaunderLocalNon-ThermalEquilibriumConditionCandida

2、te:ZhangFeiMajor:EngineeringThermalPhysicsSupervisor:Prof.YangKunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日

3、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要多孔介质中自然对流的现象普遍存在于日常的生活和工农业的生产中，具有很强的应用背景。本文根据局部非热平衡模型和达西模型，分

4、别采用Garlerkin近似法和数值求解法，针对同时存在温度梯度和内热源、同时存在浓度梯度和内热源以及同时存在温度梯度、浓度梯度和内热源的三种情况下多孔介质中自然对流的稳定性展开了研究。对同时存在温度梯度和内热源的情况，用Garlerkin近似法分析相关参数对多孔介质自然对流的影响，得出相关参数对瑞利数的关系式，并对部分参数极限条件下进行讨论；对同时存在浓度梯度和内热源的情况，用数值法求解相关参数对多孔介质自然对流的影响，并与Garlerkin近似法所得到的解比较，验证Garlerkin近似法在有浓度梯度和内热源以及局部非热平衡条件下的精确度；在前面的基础上，对同时存在温

5、度梯度、浓度梯度和内热源的情况，用Garlerkin近似法求解，得出有效导热系数比、换热系数、内热源分布系数、路易斯数以及浓度梯度、温度梯度等相关参数对瑞利数的关系式。结果表明：边界处温度梯度、浓度梯度以及多孔内部的内热源的存在使流体上下部形成密度差，从而促进或抑制自然对流的产生。多孔内部的内热源总是促进自然对流的发生，内热源为吸热时，多孔区域下半部分产生自然对流；内热源为放热时，多孔区域上半部分产生自然对流，形成自然对流的位置和内热源的分布情况有关。内热源在多孔流体相内时，有效导热系数比和多孔内部换热系数的增加都会促进流体温度分布均匀，抑制自然对流；内热源在多孔固体骨架

6、内时，换热较强时提高有效导热系数比会抑制自然对流的形成，换热较弱时则会促进自然对流的形成。临界波数会随着自然对流的增强而减小，与内热源的分布情况无关，并且在有效导热系数比非常大的时候，临界波数基本不受换热效果的影响。对于多孔介质内部换热系数较小或者有效导热系数比较大的情况，可以直接用Garlerkin近似法得到的公式来分析水平多孔层自然对流各参数对稳定性的影响，此时误差与精确解相比在5%以内。关键词：局部非热平衡，多孔介质，自然对流，稳定性，内热源，温度梯度，浓度梯度I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTNaturalconvectioninporousmediais

7、commonindailylifeandindustrialandagriculturalproduction,withstrongapplicationbackground.Accordingtolocalnon-thermalequilibriummodelandDarcymodel,thestabilityofnaturalconvectioninporousmediawasstudiedbyusingGarlerkinapproximationandnumericalmethodrespectivelyforthree