幂律流体在多孔介质中流动与换热的数值研究

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在能源与环境问题的日益加剧,全世界都在提倡节能减排的形势下,多孔介质作为提高换热效率,强化换热的有效方法,对其换热和流动特性研究具有重要的实际意义。随着三次采油的发展与应用,对幂律型的聚合物溶液在多孔介质中的流动和换热研究已迫在眉睫。采用计算流体力学软件(CFD)模拟幂律流体流过多孔介质时的温度场、速度场、压力场等,可以直观的了解其内部流场的形态,有效的分析其内部的对流换热情况,大大降低研究经费,缩短研究时间。本文采用Fluent商业软件对多孔介质复杂通道内的流动和耦合换热进行数值计算,并与实验结果对比验证。研究了流量、幂律指数、多孔介质的结构参数(孔隙率、颗粒直径、骨架材料)对流动和传热特性的影响。计算结果表明:流动阻力随流量的增加而增大,随幂律指数n的增大而减小,随孔隙率的增大而减小。在孔隙率一定的情况下,阻力随颗粒直径的减小而增大;对流换热系数随流速和幂律指数n的增大而增大,随孔隙率的增大而减小,随骨架材料导热系数的增大而减小。另外,本文还研究了幂律流体在多孔介质中流动时的流态区分以及综合考虑流动和换热的综合换热效率。幂律指数n越小,流动的临界雷诺数越小。多孔介质的综合换热效率随幂律指数n、颗粒直径dp、孔隙率φ的增大而增大。
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