多孔介质结构效应影响T型管道冷热流体混合过程热波动特性的研究

冷热流体在T型管道中的混合会引起热波动（速度和温度波动），诱发结构热疲劳。本课题通过在T型管道混合区域中填充多孔介质，旨在研究多孔介质结构效应对混合过程中的速度和温度波动及其波动频谱的影响规律。在理论研究中，采用核磁共振成像法对多孔介质样品进行扫描，在三维软件中对多孔介质进行结构重建，生成与实验一致的物理模型，运用大涡模拟实现流体和多孔固体骨架的流固耦合求解，克服多孔介质体积平均法和局部热平衡假设不能充分反映多孔介质结构特征的局限，研究混合过程的时均速度和温度、均方根速度和温度（均方根值反映波动幅度）分布、速度和温度波动的能谱特性等特征参数；实验中运用激光多普勒测速系统测量速度和热电偶测温，获得瞬时速度和瞬时温度等相关的热波动信息，对比理论研究和实验研究结果，分析多孔介质结构效应与热波动的波动幅度及其热波动能谱密度与波动频率之关系，揭示多孔介质结构效应对削弱热波动特性的流动与传热机理。

紧密围绕多孔介质结构效应对T型管道内冷热流体混合过程热波动影响规律的研究，基于多孔介质体积平均法或流固耦合法，对多孔介质T型管道中的冷热流体混合过程的热波动进行了机理分析和实验研究。大涡模拟的数值结果与实验结果吻合良好，说明大涡模拟方法具有较高的可靠性；多孔介质能够有效削弱混合过程的热波动；多孔介质填充形式、骨架颗粒直径、孔隙率、固体骨架材料及其导热系数等多孔介质结构效应与材料物性，对混合过程的速度和温度波动具有不同程度的影响。已发表论文20篇，其中SCI收录论文5篇,EI收录论文5篇；部分成果尚待发表。培养已毕业博士研究生1人，硕士研究生2人，在读硕士研究生3人。