多孔介质热-流耦合实验研究：长高比与材料影响

"两层多孔介质的热-流耦合传热实验研究" 本文主要探讨了在恒温差热加载条件下，多孔介质内部的对流传热特性，并通过实验测试和数值模拟方法进行了深入分析。研究的核心是多孔介质的热-流耦合效应，即热传递与流体流动之间的相互作用，这对于理解和优化能源转换、建筑保温、地热利用等领域具有重要意义。 首先，研究关注了热加载方式对传热特性的影响。实验结果显示，当采用水平热加载时，两层多孔介质中的温度会随着时间推移逐渐达到稳态；而如果采用底部热加载，则观察到温度随时间呈现出非稳态的震荡状态。这种差异可能源于热源位置改变导致的流体流动模式的差异，以及热量在不同方向上的传播效果。 其次，研究还考察了多孔介质材料的比例对传热特性的影响。发现高导热系数材料在两层多孔介质中的比例越大，内部测点间的温差就越小。这表明高导热率材料能够更有效地传递热量，减少温度梯度。这为设计具有特定热性能的多孔材料提供了理论依据。 此外，长高比（即模型的长度与高度之比）也是一个关键因素。在相同热加载方式下，长高比为1/4的模型相比长高比为4的模型，其内部测点的温差较小。这可能是因为较小的长高比使得热流体更容易在垂直方向上混合，从而减小了温度差异。对于需要均匀散热或保温的应用，选择合适的长高比至关重要。 在接触面处的测点，高导热系数材料的影响更为显著，这表明接触面的材料选择对于界面热传递起着决定性作用。因此，在设计多孔介质结构时，考虑接触面的材料匹配与优化是必不可少的。 实验结果验证了所采用的预估方法的有效性，为多孔介质的热-流耦合传热问题提供了理论支持和实验依据。这些研究成果不仅有助于提升对多孔介质传热机理的理解，而且可以为实际工程应用提供设计指导，如优化热交换器、热管系统以及建筑节能设计等。未来的研究可进一步扩展到更多变量的综合影响，如湿度、压力和多物理场的耦合，以全面揭示多孔介质的复杂热力学行为。