文档介绍：第 31 卷第 5 期核动力工程 .
2 0 1 0 年10 月 Nuclear Power Engineering Oct. 2 0 1 0

文章编号:0258-0926(2010)05-0063-05

多孔介质通道中单相流动
压降预测模型

于立章,孙立成,孙中宁

(哈尔滨工程大学核科学与技术学院,哈尔滨,150001)

摘要:与常规管通道相比较,流体在多孔介质通道中的流动过程更复杂,流动阻力也大幅增加,这就使
得难以准确预测流体流过多孔介质通道时的压降。通过构建多孔介质通道的几何模型,并求解 N-S 方程,虽
然可以准确预测阻力压降,但计算时需要划分大量的网格,很难广泛应用。本文在相似理论基础上,以 Fluent
为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道的压降预测模型,通过求解 3 维 N-S 方程,对模型中单相水的绝
热流动进行了数值模拟。通过与实验结果进行比较,证明该预测模型对于不同工况下单相流体的压降计算具
有较高的计算精度,误差范围小于 5 %。
关键词:相似理论;多孔介质;数值模拟;预测模型
中图分类号:TK124 文献标识码:A

[5]
1 前言了数值模拟,并与实验结果进行了比较。该模
多孔介质通道内流体流动的阻力研究在工程型对于多孔介质通道内单向流体的阻力计算具有
应用中具有十分重要的意义,如核反应堆堆芯的一定的指导意义。
设计与安全运行,地下铀矿的开采等[1]。在多孔
2 模型设计
介质通道内,由固相形成的孔隙具有弯曲性、无
文献[5]中的多孔介质通道为内径 50 mm,长
定向性和随机性等特点,弥散效应使得多孔结构
1000 mm 的有机玻璃圆管,并用 8 mm 的无色透
中的流动过程极其复杂。迄今为止,已有不少文
明玻璃球紧密填充,孔隙率约。
献从数值模拟方面对多孔介质通道内单相流体的
使用 Gambit 构建上述多孔介质通道模型。模
阻力特性进行了研究。但这些研究多数是针对多
[2~4] 型中,颗粒在通道内呈四棱锥结构排列,在部分
孔介质通道中流体的局部阻力特性的,不能对
孔隙率较大的壁面处使用不同尺寸的半球进行填
整个通道中的阻力压降进行预测。CFD 软件中的
充(图 1)。根据模型结构的对称性,可选取 1/4
多孔介质模型,可以减少网格的数量,但这种方
通道作为数值模拟的计算区域。
法会因为惯性阻力修正系数 CF 计算方法的不同
在实际的多孔介质通道中,颗粒间及颗粒与
而产生较大误差。对于相同的物理问题,不同 CF

计算方法的计算值相差很大。而使用 CFD 软件构
建多孔介质通道的几何模型,并求解 N-S 方程的
方法,虽然可以对多孔介质通道中的阻力压降进
行准确的预测,但这种方法在计算时需要划分大

量的网格,很难广泛应用。
本文运用相似理论,减小了多孔介质通道的 a 正视图 b 等视图 c 俯视图(局部)
尺寸,建立了一个能够对多孔介质通道中阻力压图 1 通道内颗粒分布示意图
降进行预测的模型,在 Fluent 中,通过求解 3 Fig. 1 Schematic Dia