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第1章 绪论 1

1.1 多孔介质的基本概念 2

1.1.1 多孔介质的定义 2

1.1.2 多孔介质的结构参数 3

1.1.3 流体属性 5

1.2 基本方程 7

1.2.1 渗流速度与连续性方程 7

1.2.2 动量方程 8

1.3 多孔介质中传递过程及其耦合机理 10

1.4 多孔介质与流体空间交界面处的滑移效应 12

参考文献 14

第2章 多孔介质传热传质耦合效应的机理和数学描述 16

2.1 多孔介质传热传质耦合效应 16

2.1.1 局域平衡假设 18

2.1.2 非平衡态区域的划分 18

2.1.3 二维体系内传热传质耦合 20

2.2 数学建模及求解方法 22

2.2.1 封闭腔体内自然对流传热传质耦合扩散效应的数学模型 22

2.2.2 数学模型的求解方法 25

参考文献 29

第3章 封闭腔体多孔介质自然对流的交叉耦合扩散效应数值模拟 31

3.1 稳态水平温度梯度和浓度梯度导致的自然对流传热传质 31

3.1.1 双浮升力自然对流机理分析 31

3.1.2 瑞利数、浮升力比数及刘易斯数对流动和传热传质的影响 32

3.1.3 瑞利数、浮升力比数和刘易斯数对边壁传热传质速率的影响 34

3.2 热附加扩散效应——索瑞特效应 39

3.2.1 索瑞特效应对传热传质的影响 39

3.2.2 索瑞特效应的影响机理 42

3.3 扩散附加热效应——杜弗尔效应 52

3.3.1 杜弗尔效应对传热传质的影响 52

3.3.2 扩散附加热效应的影响机理 56

3.4 考虑交叉耦合扩散效应传热传质的综合关联式 66

参考文献 67

第4章 多孔介质自然对流传热传质的电化学测量 69

4.1 电化学方法原理及其实验系统 70

4.1.1 实验系统 70

4.1.2 实验原理及方法 73

4.1.3 实验步骤 75

4.2 温度场及浓度场测试及结果 76

4.2.1 多孔腔体内的温度场及浓度场分布 76

4.2.2 实验结果的误差分析 80

4.3 封闭腔体内自然对流传热传质测试结果及分析 83

4.3.1 封闭腔体内的温度测量 83

4.3.2 努塞特数随时间的变化 86

4.3.3 壁面上舍伍德数的分布情况 86

4.3.4 实验结果与数值模拟结果的对比 88

参考文献 89

第5章 部分填充多孔介质复合腔体内滑移效应的数学模型 91

5.1 部分填充多孔介质复合腔体内滑移效应的描述 91

5.1.1 多孔介质与流体空间交界面处的流体动力学特性 91

5.1.2 界面滑移条件的研究进展 92

5.2 部分填充多孔介质复合腔体内流动及传热的数学模型 95

5.2.1 微观尺度下质点的控制方程 96

5.2.2 基于体积平均法的控制方程 97

5.2.3 宏观尺度下的控制方程 112

参考文献 120

第6章 部分填充多孔介质复合腔体内传热传质及交界面处滑移效应的分析 123

6.1 多孔介质复合腔体内数值模拟研究进展 123

6.2 部分填充多孔介质复合腔体内自然对流传热传质分析 127

6.2.1 典型工况 127

6.2.2 多孔介质结构特性的影响 127

6.2.3 流动参数的影响 134

6.2.4 交界面应力滑移条件对流动和传热传质的影响 140

6.3 填充规则型多孔介质复合腔体界面滑移效应的分析 145

6.3.1 滑移效应对流动的影响 147

6.3.2 滑移效应对传热的影响 149

6.4 部分填充实际多孔介质交界面处滑移效应分析 151

6.5 双层多孔介质与流体交界面处速度滑移系数的分析 155

6.5.1 多孔介质结构特性的影响 156

6.5.2 流体物性及流动参数的影响 159

参考文献 161

第7章 部分填充多孔介质腔体交界面处的滑移效应实验研究 165

7.1 实验研究进展 165

7.2 PIV测试原理及实验研究 166

7.2.1 PIV测试原理及图像处理 166

7.2.2 实验方案 168

7.3 测试结果及处理分析 171

7.3.1 典型测试工况 171

7.3.2 黏性应力滑移系数的测试分析 174

7.4 实验结果与数值模拟对比 176

7.4.1 典型工况下的流线分布比较 176

7.4.2 不同高度处的速度分布比较 176

参考文献 181

第8章 实际多孔介质结构的三维重构 183

8.1 X-CT测试原理 183

8.2 多孔介质内部结构X-CT图像处理 185

8.2.1 多孔介质内部切片结构的X-CT扫描及图像处理 185

8.2.2 图像的去噪 186

8.2.3 空间平滑滤波 188

8.2.4 频率域滤波 188

8.2.5 图像增强 191

8.2.6 边缘获取 192

8.2.7 图像分割 192

8.2.8 最大类间方差法 195

8.3 三维多孔介质的重构 198

8.3.1 三维多孔介质孔隙结构的获取 198

8.3.2 三维多孔介质重构后的应用 202

参考文献 204

第9章 基于LBM的多孔介质自然对流的介观模拟 205

9.1 格子玻尔兹曼方法 205

9.1.1 格子玻尔兹曼方法的研究进展 205

9.1.2 LBM模型 207

9.1.3 热LBM模型 209

9.1.4 LBM程序结构 211

9.1.5 LBM在复合腔体内自然对流中的应用 211

9.2 二维多孔介质自然对流的LBM数值模拟 212

9.2.1 二维多孔介质／流体腔体内自然对流的LBM模型 212

9.2.2 流固耦合计算与验证 213

9.2.3 二维LBM模拟与实验结果的对比 216

9.3 真实三维多孔介质自然对流的LBM数值模拟 217

9.3.1 物理模型 217

9.3.2 算法与验证 217

9.3.3 真实多孔介质腔体LBM模拟结果 218

9.3.4 三维多孔介质腔体自然对流的研究 220

9.3.5 三维复合腔体多孔介质交界面流动传热的研究 226

参考文献 231

基本符号表 233