李小川，徐友伟，黄庠永

(扬州大学 能源与动力工程学院，江苏 扬州 225127)

0 引言

非均匀多孔介质，如土壤、聚氨酯泡沫、多孔陶瓷等，在某种程度上都存在着大孔隙(macropore)。大孔隙的形成方式可分为两种，一种是天然形成的单个大孔隙，再者就是由多个不同大小和形状的较小孔隙连接而形成。目前国内外对大孔隙还没有统一的定义，对于不同的专业领域，孔隙的大和小是一个相对概念，只要能对热质传递过程造成特别严重影响的孔隙都可以称为大孔隙。研究表明，大孔隙的存在对多孔介质中的传热传质过程具有重大影响[1～3]。由于实际多孔介质孔隙结构的异常复杂性，传统研究方法主要采用“容积平均”的方式来进行简化处理，即将多孔介质看作周期性的、在大尺度上均匀分布的虚拟连续介质[4～6]。这种假设回避了孔隙结构不均匀性带来的影响，与实际情况存在较大差异。目前大孔隙对多孔介质传热传质性能的影响规律研究，以及孔隙非均匀结构特征的定量表征方面的相关报道较少。本文主要采用有限体积方法数值模拟了大孔隙的形状、排布方式以及连通性对有效导热系数的影响规律，尝试为后续提出新的定量表征孔隙结构特征的参数和导热模型改进研究提供数据参考。

1 数学模型和计算方法

多孔介质中的传热过程包括三个过程: (1)固体骨架之间 (颗粒之间)相互接触导热和孔隙中流体的导热过程;(2)孔隙中流体的对流换热(这种对流可以是强迫对流、自然对流，或者两者并存的混合对流，同时也包括液体沸腾、蒸发以及蒸汽凝结等相变换热);(3)固体骨架 (颗粒)或气体之间的辐射换热。……