探索竖直同心套管内多孔介质中复合对流传热的数值研究

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1、四川大学硕士学位论文竖直同心套管内多孔介质中复合对流传热的数值研究姓名：纪平均申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王煤20040515心川夫学硕士学位论文Y654329竖直同心套管内多孔介质中复合对流传热的数值研究化学工程专业研究生纪平均指导教师王煤教授多7L介质传热传质常见于自然界和工业过程，涉及水利、地质、化工、环境等诸多领域，随着核工业及电子产业的迅猛发展，多孑L介质中的复合对流传热引起众多研究者的关注。采用SIPMLE方法对竖直同心套管内多孔介质中的复合对流传热进行了数值研究，考察了外内径比为2的套管环隙内热浮力与主流同向和反向两种情况下，壁面以

2、等热流密度加热(冷却)，恒温加热(冷却)以及绝热等不同条件组合时的流动及传热特性。计算结果显示：(1)在内壁面等热流密度，外壁面绝热情况下，加热(Gr>O)时速度峰值向内壁面偏移，外壁侧流速减小；而冷却时速度峰值则向外壁偏移，内壁流速减小并出现逆向回流。摩擦阻力的变化趋势与速度类似，在产生逆向流处出现局部极小值。内壁面努塞尔数Nu在加热时大于强制对流时的情形，且随着格拉晓夫数西增大而增大；冷却时的Nu数却小于强制对流的情形，在Gr数较小时产生逆向流时出现极小值。Nu数随达西数Da的增大而增大。(2)在内壁面恒温，外壁面绝热情况下，套管的水力进口段长度和热进口段

3、长度与等热流密度一绝热情况相比大大延长。加热与冷却下的速度分布在流动达到充分发展后与强制对流(Gr=O)时的速度分布～致。内外壁面的摩擦阻力在达到最大(最小)值后逐渐趋于强制对流下的摩擦阻力。在进口段初期，冷却下的温度分布受自然对流的影响较大，G，数较小时，温度线出现交叉。加热下的努塞尔数单调下降，并在函数较高时出现局部峰值。冷却时的努塞尔数先降至最小值，然后逐渐回升至恒定值。D恼数增大时，流体的对流作用明显，内I。㈦。一∥．；潆四川人学硕士学位论文壁面努塞尔数增大。当Da数越小时，充分发展后的速度分布曲线越平坦，当Da=104时，速度分布接近于湍流的速度分布

4、。(3)在内外壁面均为恒温情况下，lG川较大时，加热与冷却时流体均出现了逆向回流，且在轴向一直保持s形速度分布。内外壁面的摩擦阻力系数变化相似，但因不同Gr数的影响趋于不同的恒定值。内壁面努塞尔随着z的增加丽降低，随着G，数的增大而增大，在Gr数较小时，产生局部峰值。外壁面努塞尔数随着z的增加而增大，在ZI．83时正好相反。另外，内壁面努塞尔数随着Da数的减小而减小。关键词：多孔介质套管复合对流传热数值分析四川大学硕’卜学位论文NumericalAnalysisofMixedConvectiveHeatT

5、ransferinVerticalConcentricCylindersFilledwithaPorousmediumMajorChemicalEngineeringStudentJIPingJunSupervisorWANGMeiHeatandmasstransferinporousmediacarlbeseeninnatureandsomeprocessesofindustry．Theseprocessesrelatetowaterconservancy,geology,chemicalengineeringandenvironment．W池merapid

6、developmentofnuclearindustryandelectronicindustry,themixedconvectiveheattransferhasbeenthefocusofresearchers．MixedconvectiveheattransferintheentranceregionofverticalconcentriccylindersfilledwithporousmediahasbeenstudiednumericallybyusingSIMPLEmethod．Distributionsofvelocity,localfric

7、tioncoe硒cientofwall，temperatureandNusseltnumberareobtainedforbothbuoyancy-aidedflowandbuoyancy-opposedflowintheverticalannuliofre／‘=2forthreecases：(a)innerwallheatedatuniformflux(UHF)andouterwallinsulated；(b)innerwallheatedatuniformwalltemperature(UWT)andouterwallinsulated；(c)bothin

8、nerandouterwallshav