多孔介質(zhì)的自然對(duì)流傳熱與傳質(zhì)問(wèn)題與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及工程實(shí)際聯(lián)系緊密，了解多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性及熱質(zhì)傳遞規(guī)律對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的過(guò)程優(yōu)化和效率提升有重要作用。《多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)》重點(diǎn)關(guān)注全部填充及部分填充多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)問(wèn)題。第2～4章探討了多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)的有限元數(shù)值求解及電化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法，第5～7章探討了部分填充多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流交界面滑移效應(yīng)的有限元數(shù)值求解及交界面滑移效應(yīng)的PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究，第8、9章介紹了多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)X-CT實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，并探討了多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和LBM方法的數(shù)值求解。
《多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)》既可作為本科院校學(xué)生及研究生參考用書(shū)，亦可供相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者參考。
多孔介質(zhì)中的傳遞現(xiàn)象遍及自然界及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，相關(guān)的傳熱傳質(zhì)學(xué)研究也已滲透到包括農(nóng)業(yè)、能源、冶金、化工、材料、建筑、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等在內(nèi)的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多相的存在，尤其是多孔介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)、溫度、濃度等各種物理場(chǎng)的耦合作用，產(chǎn)生諸如耦合擴(kuò)散、相界面作用、界面滑移、毛細(xì)作用等各種復(fù)雜效應(yīng)，對(duì)其傳熱傳質(zhì)過(guò)程產(chǎn)生重要的影響。
本書(shū)的第一著者從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究多孔介質(zhì)中的傳遞問(wèn)題，重點(diǎn)關(guān)注了多孔介質(zhì)及其復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)部由于溫度梯度和濃度梯度產(chǎn)生的自然對(duì)流及熱質(zhì)傳遞現(xiàn)象，曾承擔(dān)多個(gè)多孔介質(zhì)領(lǐng)域相關(guān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究方面進(jìn)行了不懈的探索。多孔介質(zhì)內(nèi)傳遞現(xiàn)象的各種效應(yīng)是復(fù)雜多變的，著者從自己涉獵的研究領(lǐng)域作一總結(jié)，理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，試圖從宏觀層面和孔隙尺度方面，分別利用有限元方法和格子玻爾茲曼方法，輔以電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和PIV實(shí)驗(yàn)方法和X-CT測(cè)試技術(shù)，探討多孔介質(zhì)的耦合擴(kuò)散效應(yīng)、界面滑移效應(yīng)及其對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響。
本書(shū)主要包括三部分內(nèi)容，第一部分為多孔介質(zhì)內(nèi)部由于存在溫度梯度和濃度梯度所導(dǎo)致的雙浮生力自然對(duì)流及熱質(zhì)傳遞過(guò)程中的耦合效應(yīng)問(wèn)題，其中包括數(shù)值模擬研究進(jìn)展，也包括電化學(xué)方法的實(shí)驗(yàn)研究。第二部分關(guān)注了部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)的自然對(duì)流，采用有限元數(shù)值模擬和PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，研究多孔介質(zhì)和流體空間交界面處的流體動(dòng)力學(xué)特性及其對(duì)整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)傳熱傳質(zhì)的影響，重點(diǎn)討論交界面處界面滑移效應(yīng)的問(wèn)題。第三部分為借助X-CT技術(shù)進(jìn)行的多孔介質(zhì)的三維重構(gòu)問(wèn)題，以及基于多孔介質(zhì)的實(shí)際骨架結(jié)構(gòu)，采用格子玻爾茲曼方法進(jìn)行數(shù)值模擬。
本書(shū)是著者及所在課題組多年來(lái)研究成果的總結(jié)，其主要內(nèi)容取自于陳寶明教授的博士論文、劉芳的博士論文、云和明的研究成果、博士研究生耿文廣的博士論文、碩士研究生張立強(qiáng)、王麗、蘆凱、蔡鵬飛、邱偉國(guó)和張國(guó)慶的碩士論文及其發(fā)表成果。本課題組的碩士研究生宋林泉、張洋洋、馬芳芳、郜凱凱、魏茂豐、李瑋對(duì)本書(shū)的編排及校對(duì)工作付出了辛勤的勞動(dòng)，沒(méi)有他們的高效工作與全力支持，著者不可能順利完成本書(shū)的撰寫(xiě)工作，在此一并表示感謝。
本書(shū)的研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（59806008、50646022、51076086）的資助，在此一并致謝。
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前言
第1章 緒論
1．1 多孔介質(zhì)的基本概念
1．1．1 多孔介質(zhì)的定義
1．1．2 多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
1．1．3 流體屬性
1．2 基本方程
1．2．1 滲流速度與連續(xù)性方程
1．2．2 動(dòng)量方程
1．3 多孔介質(zhì)中傳遞過(guò)程及其耦合機(jī)理
1．4 多孔介質(zhì)與流體空間交界面處的滑移效應(yīng)
參考文獻(xiàn)
第2章 多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)的機(jī)理和數(shù)學(xué)描述
2．1 多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)
2．1．1 局域平衡假設(shè)
2．1．2 非平衡態(tài)區(qū)域的劃分
2．1．3 二維體系內(nèi)傳熱傳質(zhì)耦合
2．2 數(shù)學(xué)建模及求解方法
2．2．1 封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)耦合擴(kuò)散效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型
2．2．2 數(shù)學(xué)模型的求解方法
參考文獻(xiàn)
第3章 封閉腔體多孔介質(zhì)自然對(duì)流的交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)數(shù)值模擬
3．1 穩(wěn)態(tài)水平溫度梯度和濃度梯度導(dǎo)致的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)
3．1．1 雙浮升力自然對(duì)流機(jī)理分析
3．1．2 瑞利數(shù)、浮升力比數(shù)及劉易斯數(shù)對(duì)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)的影響
3．1．3 瑞利數(shù)、浮升力比數(shù)和劉易斯數(shù)對(duì)邊壁傳熱傳質(zhì)速率的影響
3．2 熱附加擴(kuò)散效應(yīng)——索瑞特效應(yīng)
3．2．1 索瑞特效應(yīng)對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響
3．2．2 索瑞特效應(yīng)的影響機(jī)理
3．3 擴(kuò)散附加熱效應(yīng)——杜弗爾效應(yīng)
3．3．1 杜弗爾效應(yīng)對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響
3．3．2 擴(kuò)散附加熱效應(yīng)的影響機(jī)理
3．4 考慮交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)傳熱傳質(zhì)的綜合關(guān)聯(lián)式
參考文獻(xiàn)
第4章 多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)的電化學(xué)測(cè)量
4．1 電化學(xué)方法原理及其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
4．1．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
4．1．2 實(shí)驗(yàn)原理及方法
4．1．3 實(shí)驗(yàn)步驟
4．2 溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)測(cè)試及結(jié)果
4．2．1 多孔腔體內(nèi)的溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)分布
4．2．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析
4．3 封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)測(cè)試結(jié)果及分析
4．3．1 封閉腔體內(nèi)的溫度測(cè)量
4．3．2 努塞特?cái)?shù)隨時(shí)間的變化
4．3．3 壁面上舍伍德數(shù)的分布情況
4．3．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比
參考文獻(xiàn)
第5章 部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)滑移效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型
5．1 部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)滑移效應(yīng)的描述
5．1．1 多孔介質(zhì)與流體空間交界面處的流體動(dòng)力學(xué)特性
5．1．2 界面滑移條件的研究進(jìn)展
5．2 部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流動(dòng)及傳熱的數(shù)學(xué)模型
5．2．1 微觀尺度下質(zhì)點(diǎn)的控制方程
5．2．2 基于體積平均法的控制方程
5．2．3 宏觀尺度下的控制方程
參考文獻(xiàn)
第6章 部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)傳熱傳質(zhì)及交界面處滑移效應(yīng)的分析
6．1 多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)數(shù)值模擬研究進(jìn)展
6．2 部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)分析
6．2．1 典型工況
6．2．2 多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性的影響
6．2．3 流動(dòng)參數(shù)的影響
6．2．4 交界面應(yīng)力滑移條件對(duì)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)的影響
6．3 填充規(guī)則型多孔介質(zhì)復(fù)合腔體界面滑移效應(yīng)的分析
6．3．1 滑移效應(yīng)對(duì)流動(dòng)的影響
6．3．2 滑移效應(yīng)對(duì)傳熱的影響
6．4 部分填充實(shí)際多孔介質(zhì)交界面處滑移效應(yīng)分析
6．5 雙層多孔介質(zhì)與流體交界面處速度滑移系數(shù)的分析
6．5．1 多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性的影響
6．5．2 流體物性及流動(dòng)參數(shù)的影響
參考文獻(xiàn)
第7章 部分填充多孔介質(zhì)腔體交界面處的滑移效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究
7．1 實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展
7．2 PIV測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)研究
7．2．1 PIV測(cè)試原理及圖像處理
7．2．2 實(shí)驗(yàn)方案
7．3 測(cè)試結(jié)果及處理分析
7．3．1 典型測(cè)試工況
7．3．2 黏性應(yīng)力滑移系數(shù)的測(cè)試分析
7．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬對(duì)比
7．4．1 典型工況下的流線分布比較
7．4．2 不同高度處的速度分布比較
參考文獻(xiàn)
第8章 實(shí)際多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)
8．1 X-CT測(cè)試原理
8．2 多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)X-CT圖像處理
8．2．1 多孔介質(zhì)內(nèi)部切片結(jié)構(gòu)的X-CT掃描及圖像處理
8．2．2 圖像的去噪
8．2．3 空間平滑濾波
8．2．4 頻率域?yàn)V波
8．2．5 圖像增強(qiáng)
8．2．6 邊緣獲取
8．2．7 圖像分割
8．2．8 最大類(lèi)間方差法
8．3 三維多孔介質(zhì)的重構(gòu)
8．3．1 三維多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的獲取
8．3．2 三維多孔介質(zhì)重構(gòu)后的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第9章 基于LBM的多孔介質(zhì)自然對(duì)流的介觀模擬
9．1 格子玻爾茲曼方法
9．1．1 格子玻爾茲曼方法的研究進(jìn)展
9．1．2 LBM模型
9．1．3 熱LBM模型
9．1．4 LBM程序結(jié)構(gòu)
9．1．5 LBM在復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流中的應(yīng)用
9．2 二維多孔介質(zhì)自然對(duì)流的LBM數(shù)值模擬
9．2．1 二維多孔介質(zhì)／流體腔體內(nèi)自然對(duì)流的LBM模型
9．2．2 流固耦合計(jì)算與驗(yàn)證
9．2．3 二維LBM模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
9．3 真實(shí)三維多孔介質(zhì)自然對(duì)流的LBM數(shù)值模擬
9．3．1 物理模型
9．3．2 算法與驗(yàn)證
9．3．3 真實(shí)多孔介質(zhì)腔體LBM模擬結(jié)果
9．3．4 三維多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流的研究
9．3．5 三維復(fù)合腔體多孔介質(zhì)交界面流動(dòng)傳熱的研究
參考文獻(xiàn)
基本符號(hào)表
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