Fluent多孔介质系统内流体流动与传热的数值模拟

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摘要多孔介质中的流体流动与传热在自然、生命现象及工农业生产的各个领域普遍存在。因为涉及到多学科的广泛交叉而十分复杂。国内外研究以无相变的饱和多孔介质问题居多。本文使用 Fluent软件来对饱和多孔介质系统内的流动与传热问题进行数值模拟，主要包括以下内容：63666

（1）介绍多孔介质及其相关的基本参数和流体在多孔介质内传热传质过程的基本研究方法；

（2）构建流体在多孔介质中基本的流动与传热方程

（3）从宏观尺度进行数值模拟，分析不同的孔隙率和渗透率对流动与传热特征的影响。

毕业论文关键词 Fluent 多孔介质 REV 流动和传热

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Numerical Simulation of fluid in Porous Media with Heat Transfer

Abstract The fluid flow and heat transfer in porous media exists widely in natural life and the areas of industrial and agricultural production. It is a complex system because of the interdisciplinary research. The research of the saturated porous media without phase-change is popular in the domestic and overseas. In this paper, the Fluent software is used to conduct numerical simulation of heat and mass transfer in the saturated porous media. It mainly includes the following elements:

(1)Introduce the porous media , the relevant parameter, and the basic research methods of the heat and mass transfer in the porous media;

(2)Build the heat and mass transfer equation of the fluid in the porous media;

(3)Perform numerical simulation with macro scale. Analysis the influence of the different porosity and permeability.

Keywords Fluent; Porous media; REV; Convection and heat transfer

1 引言… 5

2 多孔介质传输现象概述…… 7

2.1 多孔介质定义及其特性 …7

2.2 多孔介质基本参数 8

2.3 多孔介质传输过程基本研究方法10

3 多孔介质中流体流动与传热的数值模拟 12

3.1 Fluent软件介绍…13

3.2 物理模型…13

3.3 基本假设…13

3.4 控制方程的建立…13

4 Fluent数值模拟及分析……16

4.1 Fluent定义多孔介质……16

4.2 边界条件及初始参数……16

4.3 模拟结果及分析…17

结论 ……32

致谢 ……33

参考文献 34

1 引言

1．1 课题研究背景及意义

多孔介质中能量、动量的传递现象遍及于工农业生产的各个领域，例如：油气田开采中的渗流问题；开发与利用地热资源的问题；地源热泵和地冷空调中的换热器埋管；埋地电缆和直接接地极的热耗散；保温隔热材料的热物理过程；在各种工业多孔填料中所发生的液分蒸发及毛细抽吸现象；工业废热改良土壤性能和农作物的增产增收；食品、材料及农产品的对流干燥；农业生态系统中植物对能量、水分以及养分的供求关系；等等。因此，国内外学者投入了大量精力研究多孔介质中的传输问题。多孔介质由于具有多学科交叉的特性，因此多孔介质理论和应用在人类活动和生产中具有重要作用。

对多孔介质传输现象的关注与研究由来已久，地下水预测与勘测最初被研究。早在19世纪中叶，达西在研究法国Dijon城地下水勘探时，提出了著名的适用于一定条件下多孔介质中流体流动的达西定律[1]。因此，多孔介质学科是发展较早的科学技术领域之一。随着能源、化工、冶金、材料、原子能、航空航天、制冷低温、食品加工、生物工程等领域中的技术发展，以及近代工农业生产的技术进步，更进一步促进了多孔介质传递科学技术的各种研究，使其成为当今科学技术中令人瞩目的研究热点之一。考虑到科学的发展，技术的进步以及现实的需求，多孔介质学科的形成于发展已成必然。