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摘要
本文基于修正Brinkman-Forchheimer-extended-Darcy模型,运用格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method, LBM)模拟了底部局部加热多孔介质方腔的自然对流换热,详细分析了Darcy数(Da)、Rayleigh数(Ra)、孔隙度对多孔介质对流换热特性的影响,提出了平均Nusselt数随着Da、Ra及ε变化的拟合关系式,结果表明:1)当Da>10-5时,Da对对流换热性质的影响十分显著,对流换热强度随着Da的增大而明显增大;2)当Ra<105时,Ra对对流换热的影响不明显;当Ra≥105时,Ra显著影响对流换热的特性,对流换热强度随着Ra的增大而明显增大;3)孔隙度对对流换热性质的影响较小,对流换热强度随着孔隙度的增大而缓慢增大。4)高温热源尺寸对对流换热性质的影响较大,随着热源尺寸的增大,对流换热强度反而减小,且存在临界热源尺寸使得热源的输出热量最大。本研究工作有助于为换热器的优化设计提供理论指导和数据支持。
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