Fluent三角腔体内多孔介质流动与传热过程研究(2)
3.5 平均努塞尔数与瑞利数的关系 23
3.6 小结 24
4 三角腔体两壁面恒温另一壁面绝热情况下数值模拟结果及理论分析 25
4.1 三角腔体内的流场分布 25
4.2 不同达西数对多孔介质流场分布的影响 26
4.3 不同瑞利数对多孔介质流场分布的影响 29
4.4 不同孔隙率对多孔介质流场分布的影响 32
4.5 不同边界条件对多孔介质流场分布的影响 35
4.6 小结 37
结 论 38
致 谢 39
参考文献40
1 引言
1.1 研究背景及意义
多孔介质的流动与传热过程普遍存在，其在腔体内的流动与传热过程对生产、生活有着极其重要的影响。然而，多孔介质在封闭腔体内的流动与传热机理十分复杂，因此，多孔介质具有十分广泛的应用前景和研究价值。随着科技的高速发展，世界各国对多孔介质的关注更加广泛，多孔介质的应用领域也越来越多，例如，保温材料、建筑节能、原油提取、干燥和凝固、热管、太阳能集热器、核能、燃料燃烧、污染处理、微电子科技等[1，2]。这些应用本质上都是多孔介质薄层与流体组成的封闭腔体，目前对于多孔介质腔体的研究主要是方腔、矩形腔和复合腔，对三角腔体的研究只局限于带有导热壁面的多孔腔体。三角腔体内部的自然对流及传热过程十分复杂，所以，对三角腔体内的流体流动及其对流传热过程进行更加深入的探讨，可以真实地反映自然对流及其传热的过程，为解决工程实际问题奠定理论基础。
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究内容及主要任务
国内外专家学者对封闭腔体内多孔介质流动与传热过程的研究主要集中在矩形腔体内的流动与传热过程，对三角腔体内的流体流动与传热传质过程研究相对较少，虽然对三角腔体的研究使用了大量的研究方法，但是研究模型基本上都是等腰直角三角腔体，同时，对三角腔体在代表元（REV）尺度上多孔介质流动与传热过程的研究也相对较少。
本文主要利用流场模拟CFD软件Fluent，采用等边三角腔体模型，利用数值方法在代表元（REV）尺度上研究不同的孔隙率、渗透率和热边界条件等因素对三角腔体内流动与传热过程的影响规律，同时阐述三角腔体内多孔介质流动与传热的复杂机理。通过对三角腔体内多孔介质流动与传热过程的数值模拟，掌握三角腔体在工程上的应用机理以及REV尺度上封闭腔体内多孔介质流动与传热的理论基础。主要研究任务如下：
（1）掌握三角腔体内多孔介质的孔隙率、渗透率和REV尺度上的控制方程；
（2）掌握不同的孔隙率和渗透率等因素对三角腔体内多孔介质流动与传热过程的影响规律；
（3）掌握不同的热边界条件对三角腔体内多孔介质流动与传热过程的影响机制；
（4）由数值模拟结果得到三角腔体内多孔介质平均Nu数与Ra数之间的关系。
1.4 小结
本章主要描述了封闭腔体内多孔介质流动与传热过程的研究背景和意义，着重分析了封闭腔体内多孔介质流动与传热过程的研究现状，并明确了本文的研究内容及主要任务。
2 多孔介质流动与数值模拟概述
2.1 多孔介质参数
2.1.1 孔隙率
孔隙率是封闭腔体内多孔介质微小孔隙的体积之和与多孔介质总体积的比值，分为有效孔隙率和绝对孔隙率（总孔隙率）。孔隙率一般指多孔介质的有效孔隙率，用 表示，即