冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動及換熱特性研究.pdf

1、冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動換熱是自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常遇到的物理過程，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景。研究冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動換熱規(guī)律具有重大的科研價值及工程指導(dǎo)意義。由于冪律流體獨特的流變特性及多孔介質(zhì)空隙多尺度行為的復(fù)雜性，目前這方面的研究成果具有一定的局限性，還有不少重要問題亟待全面深入的研究和探索。例如:冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動換熱方面的實驗研究較為欠缺，冪律流體在顆粒堆積多孔介質(zhì)內(nèi)流動阻力特性研究還缺乏深入的理論分析，對冪律流體非達(dá)西

2、流流動特征及黏性耗散效應(yīng)的認(rèn)識還不充分等?；谏鲜鰡栴}本論文主要的研究工作包括:
　　首先，選用一定流變參數(shù)的聚丙烯酰胺(HPAM)溶液作為冪律流體介質(zhì)，設(shè)計搭建單一粒徑球形顆粒規(guī)則排列的多孔介質(zhì)骨架模型。實驗測量不同流變特性的HPAM溶液在真實物理結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)內(nèi)流動和換熱的基礎(chǔ)性實驗數(shù)據(jù)，實驗分析冪律流體在不同多孔介質(zhì)模型的流動換熱規(guī)律，且引入綜合換熱效率評價其流動換熱特性。結(jié)論為冪律流體在顆粒有序堆積多孔介質(zhì)內(nèi)的流動換熱機(jī)理

3、研究補充了基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。
　　其次，基于經(jīng)典Carman-Kozeny-Blake模型及孔喉通道模型，提出一個冪律流體在單一粒徑球形顆粒堆積多孔介質(zhì)內(nèi)流動的阻力計算模型。針對冪律流體的流變特性，考慮邊壁對壓力降的影響，利用平均水力半徑理論，推導(dǎo)出各物理量意義明確的修正Ergun型方程，詳細(xì)探討迂曲度、孔隙率、喉孔比、顆粒直徑、邊壁修正系數(shù)、滲透率及冪律指數(shù)等重要參數(shù)對流動阻力特性的影響。
　　接著，基于Darcy-Brink

4、man-Forchheimer流動模型，合理假定邊界層內(nèi)線性、拋物線兩種速度分布關(guān)系式，采用邊界層動量積分法，推導(dǎo)出邊界層厚度、軸向流速及壓降的顯式無量綱計算表達(dá)式。分析達(dá)西數(shù)、綜合慣性參數(shù)、黏度比、孔隙率及冪律指數(shù)等對流速和壓降的影響，闡明冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的非達(dá)西流流動特征。
　　最后，對冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)對流換熱過程中的黏性耗散效應(yīng)進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出無量綱流速分布、溫度分布及對流換熱特征數(shù)的計算表達(dá)式，利用經(jīng)典四階Run