多孔介质平板通道强迫对流中热局部非平衡时的热应力.pdfVIP

第27 卷 第3 期 固体 力 学 学报 Vol. 27 No. 3 2006 年9 月 ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA September 2006 多孔介质平板通道强迫对流中热局部 非平衡时的热应力 杨 骁 刘雪梅 （上海大学理学院力学系，上海市应用数学与力学研究所，上海，200444 ） 摘 要 根据微观不可压饱和多孔介质热-力-流相互作用的一般理论，在固相骨架小变形的假定下，考虑固 相和流相相互作用的粘性耗散，研究了多孔介质平板通道强迫对流热局部非平衡的热应力问题. 建立了问题的热- 力数学模型，根据饱和多孔介质的平衡方程，在固相骨架只存在横向位移的假定下，求解了固相骨架的位移和相应 的热应力，数值考察了各种物性参数对热应力分布的影响，讨论了热局部平衡模型的适用性. 关键词 饱和多孔介质，热局部非平衡，热应力分析，参数研究 ! 引言 多孔介质平板通道强迫对流热局部非平衡的热-力 随着多孔介质在生物工程、能源工程等领域中 数学模型，根据温度分布解，求解了固相骨架变形和 的广泛应用，多孔介质热-力-流的耦合作用理论已 相应的热应力，考察了P clet 数，Brinkman 数，Biot 成为当前相关领域的研究热点之一，并取得了长足 数和两相热传导系数比k 等物性系数对热应力分 r 的进展［l，2 ］. 这方面早期的工作主要关注热局部平 布的影响. 数值结果表明：随着距流体入口处距离的 衡时的热-力耦合效应，如热弹性固结和热弹性波等 增加，热应力逐渐较小，并且，在同一截面上热应力 ［3 ~ 6 ］ 问题 . 在传热传质的相关问题中，如果流体在多 几乎保持常数. 同时发现，在一般的情况下，采用热 孔介质中高速流动，一般而言不能保证基本单元体 局部平衡模型的热应力较热局部非平衡模型的热应 （REV ）内固相骨架和孔隙流体的温度相等，此时， 力偏大，只有在Biot 数e! 较大时，两者相差较小，此 应考虑由于物相间的温差而引起的传热等附加热效 时，热局部平衡模型可给出可靠的结果. 当P clet 数 应，利用热局部非平衡模型研究其传热传质特性. 在 P 和Brinkman 数B 较大时，两者相差较大，说明此 充分发展的传热情形下， ［7 ］ e r Nield 和Kuznetsov 、Nield 时热局部平衡模型已不再适用，而应采用热局部非 ［8 ］ 等 分别研究了多孔介质通道中Darcy 和Brinkman 平衡模型进行分析和研究. 流体热局部非平衡时的传热特性. 考虑热局部非平衡 数学模型 时的附加热对流和附加热传导效应， Zhang 和 考虑厚为H 、长为L 、孔隙度为 、充满不可压 ［9 ］ ［l0 ］