多孔介質的自然對流傳熱與傳質問題與工農業生產及工程實際聯系緊密，了解多孔介質內部結構特性及熱質傳遞規律對相關領域的過程優化和效率提升有重要作用。《多孔介質自然對流傳熱傳質》重點關注全部填充及部分填充多孔介質封閉腔體內的自然對流傳熱傳質問題。第2～4章探討了多孔介質封閉腔體內的自然對流傳熱傳質耦合效應的有限元數值求解及電化學實驗研究方法，第5～7章探討了部分填充多孔介質封閉腔體內的自然對流交界面滑移效應的有限元數值求解及交界面滑移效應的PIV實驗測試研究，第8、9章介紹了多孔介質內部結構X-CT實驗測試方法，并探討了多孔介質的結構重構和LBM方法的數值求解。
《多孔介質自然對流傳熱傳質》既可作為本科院校學生及研究生參考用書，亦可供相關領域學者參考。
多孔介質中的傳遞現象遍及自然界及工農業生產的各個方面，相關的傳熱傳質學研究也已滲透到包括農業、能源、冶金、化工、材料、建筑、空間科學、環境科學、生命科學和醫學等在內的科學和技術領域。多孔介質結構的復雜性和多相的存在，尤其是多孔介質內部流動、溫度、濃度等各種物理場的耦合作用，產生諸如耦合擴散、相界面作用、界面滑移、毛細作用等各種復雜效應，對其傳熱傳質過程產生重要的影響。
本書的第一著者從20世紀90年代初開始研究多孔介質中的傳遞問題，重點關注了多孔介質及其復合系統內部由于溫度梯度和濃度梯度產生的自然對流及熱質傳遞現象，曾承擔多個多孔介質領域相關的國家自然科學基金項目，在數值模擬和實驗研究方面進行了不懈的探索。多孔介質內傳遞現象的各種效應是復雜多變的，著者從自己涉獵的研究領域作一總結，理論分析、數值模擬和實驗研究相結合，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，輔以電化學實驗方法和PIV實驗方法和X-CT測試技術，探討多孔介質的耦合擴散效應、界面滑移效應及其對傳熱傳質的影響。
本書主要包括三部分內容，第一部分為多孔介質內部由于存在溫度梯度和濃度梯度所導致的雙浮生力自然對流及熱質傳遞過程中的耦合效應問題，其中包括數值模擬研究進展，也包括電化學方法的實驗研究。第二部分關注了部分填充多孔介質復合腔體內的自然對流，采用有限元數值模擬和PIV實驗測試相結合的方法，研究多孔介質和流體空間交界面處的流體動力學特性及其對整個復合系統傳熱傳質的影響，重點討論交界面處界面滑移效應的問題。第三部分為借助X-CT技術進行的多孔介質的三維重構問題，以及基于多孔介質的實際骨架結構，采用格子玻爾茲曼方法進行數值模擬。
本書是著者及所在課題組多年來研究成果的總結，其主要內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、王麗、蘆凱、蔡鵬飛、邱偉國和張國慶的碩士論文及其發表成果。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、李瑋對本書的編排及校對工作付出了辛勤的勞動，沒有他們的高效工作與全力支持，著者不可能順利完成本書的撰寫工作，在此一并表示感謝。
本書的研究工作獲得了國家自然科學基金（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 多孔介質的基本概念
1．1．1 多孔介質的定義
1．1．2 多孔介質的結構參數
1．1．3 流體屬性
1．2 基本方程
1．2．1 滲流速度與連續性方程
1．2．2 動量方程
1．3 多孔介質中傳遞過程及其耦合機理
1．4 多孔介質與流體空間交界面處的滑移效應
參考文獻
第2章 多孔介質傳熱傳質耦合效應的機理和數學描述
2．1 多孔介質傳熱傳質耦合效應
2．1．1 局域平衡假設
2．1．2 非平衡態區域的劃分
2．1．3 二維體系內傳熱傳質耦合
2．2 數學建模及求解方法
2．2．1 封閉腔體內自然對流傳熱傳質耦合擴散效應的數學模型
2．2．2 數學模型的求解方法
參考文獻
第3章 封閉腔體多孔介質自然對流的交叉耦合擴散效應數值模擬
3．1 穩態水平溫度梯度和濃度梯度導致的自然對流傳熱傳質
3．1．1 雙浮升力自然對流機理分析
3．1．2 瑞利數、浮升力比數及劉易斯數對流動和傳熱傳質的影響
3．1．3 瑞利數、浮升力比數和劉易斯數對邊壁傳熱傳質速率的影響
3．2 熱附加擴散效應——索瑞特效應
3．2．1 索瑞特效應對傳熱傳質的影響
3．2．2 索瑞特效應的影響機理
3．3 擴散附加熱效應——杜弗爾效應
3．3．1 杜弗爾效應對傳熱傳質的影響
3．3．2 擴散附加熱效應的影響機理
3．4 考慮交叉耦合擴散效應傳熱傳質的綜合關聯式
參考文獻
第4章 多孔介質自然對流傳熱傳質的電化學測量
4．1 電化學方法原理及其實驗系統
4．1．1 實驗系統
4．1．2 實驗原理及方法
4．1．3 實驗步驟
4．2 溫度場及濃度場測試及結果
4．2．1 多孔腔體內的溫度場及濃度場分布
4．2．2 實驗結果的誤差分析
4．3 封閉腔體內自然對流傳熱傳質測試結果及分析
4．3．1 封閉腔體內的溫度測量
4．3．2 努塞特數隨時間的變化
4．3．3 壁面上舍伍德數的分布情況
4．3．4 實驗結果與數值模擬結果的對比
參考文獻
第5章 部分填充多孔介質復合腔體內滑移效應的數學模型
5．1 部分填充多孔介質復合腔體內滑移效應的描述
5．1．1 多孔介質與流體空間交界面處的流體動力學特性
5．1．2 界面滑移條件的研究進展
5．2 部分填充多孔介質復合腔體內流動及傳熱的數學模型
5．2．1 微觀尺度下質點的控制方程
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
第6章 部分填充多孔介質復合腔體內傳熱傳質及交界面處滑移效應的分析
6．1 多孔介質復合腔體內數值模擬研究進展
6．2 部分填充多孔介質復合腔體內自然對流傳熱傳質分析
6．2．1 典型工況
6．2．2 多孔介質結構特性的影響
6．2．3 流動參數的影響
6．2．4 交界面應力滑移條件對流動和傳熱傳質的影響
6．3 填充規則型多孔介質復合腔體界面滑移效應的分析
6．3．1 滑移效應對流動的影響
6．3．2 滑移效應對傳熱的影響
6．4 部分填充實際多孔介質交界面處滑移效應分析
6．5 雙層多孔介質與流體交界面處速度滑移系數的分析
6．5．1 多孔介質結構特性的影響
6．5．2 流體物性及流動參數的影響
參考文獻
第7章 部分填充多孔介質腔體交界面處的滑移效應實驗研究
7．1 實驗研究進展
7．2 PIV測試原理及實驗研究
7．2．1 PIV測試原理及圖像處理
7．2．2 實驗方案
7．3 測試結果及處理分析
7．3．1 典型測試工況
7．3．2 黏性應力滑移系數的測試分析
7．4 實驗結果與數值模擬對比
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
第8章 實際多孔介質結構的三維重構
8．1 X-CT測試原理
8．2 多孔介質內部結構X-CT圖像處理
8．2．1 多孔介質內部切片結構的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 頻率域濾波
8．2．5 圖像增強
8．2．6 邊緣獲取
8．2．7 圖像分割
8．2．8 最大類間方差法
8．3 三維多孔介質的重構
8．3．1 三維多孔介質孔隙結構的獲取
8．3．2 三維多孔介質重構后的應用
參考文獻
第9章 基于LBM的多孔介質自然對流的介觀模擬
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展
9．1．2 LBM模型
9．1．3 熱LBM模型
9．1．4 LBM程序結構
9．1．5 LBM在復合腔體內自然對流中的應用
9．2 二維多孔介質自然對流的LBM數值模擬
9．2．1 二維多孔介質／流體腔體內自然對流的LBM模型
9．2．2 流固耦合計算與驗證
9．2．3 二維LBM模擬與實驗結果的對比
9．3 真實三維多孔介質自然對流的LBM數值模擬
9．3．1 物理模型
9．3．2 算法與驗證
9．3．3 真實多孔介質腔體LBM模擬結果
9．3．4 三維多孔介質腔體自然對流的研究
9．3．5 三維復合腔體多孔介質交界面流動傳熱的研究
參考文獻
基本符號表
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