裂缝角度对含气多孔介质热流耦合特性影响研究

• 作 者: 付超
• 出 处: 辽宁工程技术大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 多孔介质 裂缝 角度 非稳态传热 自然对流

多孔介质材料在自然界中普遍存在,广泛应用在工业、农业和国民经济生产中的各个领域。多孔介质存在自然裂缝和人工干扰裂缝是它的主要特征之一。裂缝对多孔介质传热有重要影响,合理利用裂缝,有利于强化传热和削弱传热两个方面。近年来,国内外学者在含裂缝多孔介质的渗流特性方面做了大量研究,得到很多研究成果,对带裂缝的多孔介质中自然对流以及传热问题的研究成果还需要进一步扩展。本文通过自然界中多孔介质裂缝的形态,抽象出合理的裂缝角度范围,建立物理模型。通过实验、数值计算、理论分析研究含裂缝多孔介质在不同裂缝角度的作用下,其内部流体的自然对流以及其传热特性。主要研究内容如下:（1）通过实验法,研究多孔介质内部流体的流动和传热特性。对10种裂缝倾角多孔介质模型实验结果进行分析、研究。发现:裂缝角度?=0^?或?=90^?的多孔介质达到稳态需要响应时间最长,约为720min,传热速率最慢,对比实验多孔介质达到稳态所需响应时间最短,约为420min。垂直重力方向分布裂缝的多孔介质,裂缝逆时针旋转时,其传热速率大于裂缝顺时针旋转时传热速率。对于沿重力方向分布裂缝的多孔介质内,裂缝左侧温度梯度大于右侧,高温流体聚集在裂缝左侧。（2）通过数值方法,研究垂直重力方向、沿重力方向分布裂缝的多孔介质内部流体流动和传热特性,数值结果发现:开放裂缝使多孔介质内出现“优先流”,垂直重力方向分布裂缝作用的流场,首先出现二次涡,而后出现一次涡,沿重力方向分布裂缝则相反;由于二次涡和重力影响,阻碍了热量向低温侧传递,但局部传热速率加快,平均温度升高,体现在Nu_avg越小,多孔介质内T_avg越大;沿重力方向分布裂缝作用下流体的流动强度大于垂直重力方向分布裂缝的作用下流体流动强度,其阻碍热量向低温侧流动的能力较强;?=75^?时裂缝左右温差最大,裂缝的阻热作用最强;Ra=10⁷有助于沿重力方向分布裂缝的传热。综上所述,在温度场的作用下,由于裂缝角度不同改变多孔介质内流场分布,从而引起温度场的重新分布。为实际工程应用（例如油、气、水资源开发、煤矿热害防治以及温室气体埋存等）提供一定的理论指导,为国家的经济建设以及新能源的开发利用添砖加瓦。该论文有图48幅,表7个,参考文献85篇。