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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