多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

作者：赵泽灏; 张金龙; 董宇红^*

来源：空气动力学学报, 2023, 1-10.

• 传热
• 多孔介质壁面
• 槽道湍流
• 直接数值模拟

为了考察不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性，对带有高孔隙率多孔介质附层槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域通过有限差分方法求解不可压缩的Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程，在多孔介质层内使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力，多孔介质层内分别采用局部热平衡(LTE)模型、局部非热平衡(LTNE)模型以及理想金属(IMF)模型计算温度分布。本文通过对所得热场的统计特性的分析比较，探究了不同Biot数及水和空气两类流体介质下多孔介质传热模型的有效性。研究表明，LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题，其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力。IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好，可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热，而在大比热容流体介质的算例中表现不佳，需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

• 单位
  上海大学; 上海市应用数学和力学研究所