赵 升 王 正 王 璐 方 正

（大连理工大学 能源与动力学院，大连 116023）

岩石、土壤、纸、陶瓷、活性炭、催化剂，甚至植物的根、茎、叶以及人体中的血管和组织中都有多孔介质材料。在石油开采和可燃冰的开采中，多孔介质材料是决定开采是否能够顺利进行的重要一环，在电子元器件的散热、二氧化碳地质封存以及高速飞行器推力室和外部高温表面的热防护都要用到多孔介质材料[1]。可以说，多孔介质在建筑、化工、能源以及国防领域都有重要的应用价值[2]。

多孔介质中含有大量的孔隙，其内部的固体相叫做固体骨架，内部没有固体骨架的孔隙部分被流体填充。由于其中有固体骨架部分，流体在进入多孔介质材料后，会由于致密的骨架部分阻挡而进入窄小的孔隙通道流动。流动方向发生变化，流速加快，绝大部分流体流动状态会变为层流。在多孔介质内部有固体骨架部分之间的导热，且流体部分内部的对流换热还有固体骨架部分和流体部分在交界面上的导热。在流固交界面上，较大的流体流动速度也会带来很好的换热效果[3-4]。

1 模型建立

1.1 物理模型

多孔介质三维模拟较为复杂，计算量大，多孔介质内部流动情况复杂。在有相变的复杂区域内部进行流场模拟，经常会导致结果发散、计算结果不精确。对于多孔介质相变冷却模拟，温度梯度主要存在于竖直方向。考虑到计算能力，将多孔介质冷却模型简化为二维平面模型。多孔介质上部通入高温空气，多孔介质下部通入冷却流体，建立模型如图1所示。……