饱和多孔介质方腔自然对流影响因素数值研究

"多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟 (2014年) 是一篇探讨饱和多孔介质在封闭方腔中自然对流传热特性的科研论文。作者通过控制体积法和多孔介质局部热平衡假设，对温度场和流场进行了整体求解，并分析了瑞利数Ra和达西数Da如何影响换热性能。" 这篇论文的核心内容主要集中在以下几个关键知识点上： 1. **多孔介质自然对流**：在封闭空间内，多孔介质（如石墨、陶瓷等）中的自然对流是由温度差异驱动的流体流动，这种流动导致热量的传递。自然对流在传热工程中具有重要应用，例如在建筑节能、地热能利用等领域。 2. **控制体积法**：这是一种常用的数值计算方法，用于解决流体动力学问题。通过将连续体分割成多个小体积，然后对每个体积内部的物理量进行积分，以获得整个系统的动力学行为。 3. **局部热平衡假设**：在多孔介质中，这个假设认为固体颗粒和流体之间的热交换是瞬时的，使得颗粒温度与流体温度保持一致。这简化了温度场的求解过程。 4. **瑞利数Ra**：是描述自然对流的一个无量纲数，表示重力作用力与惯性力的比值，它直接影响流体的流动模式和对流传热效率。Ra越大，对流作用越强。 5. **达西数Da**：是衡量多孔介质中流体流动阻力的无量纲数，与孔隙结构、流体性质和重力有关。Da的增大通常意味着流体在多孔介质中的流动更容易。 6. **壁面平均努塞尔数Nu**：Nu是表征壁面换热强度的无量纲数，与壁面温度梯度和流体平均速度有关。文中指出，Nu随Da的增加而增大，表明Da对增强对流传热有积极影响。 7. **临界瑞利数Ra**：是自然对流开始发生时的最小瑞利数。随着Da的增加，临界Ra减小，意味着在更低的Ra值下，多孔介质中就能启动自然对流。 8. **数值计算**：研究者通过数值模拟来预测和理解复杂流动和热传输现象，这种方法在实验条件难以实现或过于昂贵时特别有用。 这篇论文揭示了多孔介质自然对流中的基本规律，对于优化热管理设计和提升能源利用效率提供了理论基础。这些发现对于改进多孔材料在能源、环境工程和热工学领域的应用具有重要意义。