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1、第54卷第9期化工学报Vol.5492003年9月JournalofChemicalIndustryandEngineering(China)September2003研究论文多孔介质/纯流体耦合区域内可压缩气体的流动张锡文李亨姚朝晖(清华大学工程力学系,北京100084)摘要采用统一形式的修正N-S方程描述多孔介质/纯流体耦合区域的流动,提出了方程中用于处理多孔介质内流动的源
2、项确定方法,并利用成熟的CFD技术对圆管内具有前后台阶的耦合区域内可压缩气体的流动进行了数值模拟,得到了与实验吻合的计算结果.关键词多孔介质耦合流动可压缩流动数值模拟中图分类号O3573文献标识码A文章编号0438-1157(2003)09-1209-06COMPRESSIBLEGASFLOWINPOROUSMEDIA/FLUIDCOUPLEDAREASZHANGXiwen,LIHengandYAOZhaohui(DepartmentofEngineeringMechanics,Tsi
3、nghuaUniversiry,Beijing100084,China)AbstractNumericalsimulationandtheoreticalinvestigationoffluidflowandheattransferinporousmedia/fluidcoupledareashavebeenwidelystudiedinrecentyears.Fewresearchesarefocusedoncompressiblegasflowinporousmedia/fluidcoupledareas.
4、Theunifiedgoverningequationsforthefluidandporousmediaareusedtodescribethecompressibleflowinporousmedia/fluidcoupledareas.Amethodtodecidethesourcetermsforflowinporousmediaisalsopresented.Asanexample,adetailednumericalsimulationofcompressiblegasflowinastraightr
5、oundpipewithporousmedia/fluidcoupledareasandbackward-facingandforward-facingstepsarecarriedoutandthecomputationalresultscoincidewiththeexperimentaldata.Keywordsporousmedia,porous/fluidcoupledflow,compressibleflow,numericalsimulation种流动的传统的数值方法主要有两类:利用Darcy引
6、言或Forchheimer方程加滑移边界条件的数值模拟方多孔介质/纯流体耦合区域内流动和传热问题法;利用Brinkman方程或Brinkman-Forchheimer[1]的数值模拟和理论分析已经成为多孔介质流动研究方程的数值模拟方法.然而,这些方法使用的中的一个热点,但是有关耦合区域内可压缩气体流控制方程都针对具体的流动问题进行了简化,所以动的研究甚少.多孔介质/纯流体耦合流动区域的应用范围有限.另外,控制方程的选取没有统一的流动问题是指在求解区域中存在两部分流动区域,方法,具有很大的经验性.一部分为纯流体的流
7、动区域,另一部分为流体在多基于多孔介质模型的数值模拟方法最初用于模孔介质中流动的区域.这种区域在研究多孔材料轴拟换热器和核反应堆中的流动和传热问题.换热器承轴颈、动脉血管、核反应堆、食品储藏和风干、中存在大量的换热管道和障碍片,要细致地模拟其热交换器、过滤器和化学反应器中的流动和传热时中的流动需要大量的网格.为了模拟这种流动,[2]经常遇到,具有广泛的工程应用背景.用来模拟这Patankar和Spalding提出了采用分布阻力的方2002-03-15收到初稿,2002-09-12收到修改稿.Receiveddat
8、e:2002-03-15.联系人及第一作者:张锡文,男,33岁,博士,副教授.Correspondingauthor:DrZHANGXiwenE-mail:zhangxiw基金项目:国家自然科学基金(No19902009)及留学回国人员@tsinghuaeducn基金资助项目.Foundationitem:supportedbytheNationalNatura
