冪律流體在多孔介質內流動及換熱特性研究.pdf

1、冪律流體在多孔介質內流動換熱是自然界和工農業(yè)生產常遇到的物理過程，具有很強的工程應用背景。研究冪律流體在多孔介質內流動換熱規(guī)律具有重大的科研價值及工程指導意義。由于冪律流體獨特的流變特性及多孔介質空隙多尺度行為的復雜性，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內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內流動阻力特性研究還缺乏深入的理論分析，對冪律流體非達西

2、流流動特征及黏性耗散效應的認識還不充分等?；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，設計搭建單一粒徑球形顆粒規(guī)則排列的多孔介質骨架模型。實驗測量不同流變特性的HPAM溶液在真實物理結構的多孔介質內流動和換熱的基礎性實驗數(shù)據(jù)，實驗分析冪律流體在不同多孔介質模型的流動換熱規(guī)律，且引入綜合換熱效率評價其流動換熱特性。結論為冪律流體在顆粒有序堆積多孔介質內的流動換熱機理

3、研究補充了基礎實驗數(shù)據(jù)。
　　其次，基于經典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內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，推導出各物理量意義明確的修正Ergun型方程，詳細探討迂曲度、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，合理假定邊界層內線性、拋物線兩種速度分布關系式，采用邊界層動量積分法，推導出邊界層厚度、軸向流速及壓降的顯式無量綱計算表達式。分析達西數(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內的非達西流流動特征。
　　最后，對冪律流體在多孔介質內對流換熱過程中的黏性耗散效應進行了研究，推導出無量綱流速分布、溫度分布及對流換熱特征數(shù)的計算表達式，利用經典四階Run