多孔介质传热传质常见于自然界和工业过程,涉及水利、地质、化工、环境等诸多领域,随着核工业及电子产业的迅猛发展,多孔介质中的复合对流传热引起众多研究者的关注。采用SIPMLE方法对竖直同心套管内多孔介质中的复合对流传热进行了数值研究,考察了外内径比为2的套管环隙内热浮力与主流同向和反向两种情况下,壁面以等热流密度加热(冷却),恒温加热(冷却)以及绝热等不同条件组合时的流动及传热特性。计算结果显示:(1) 在内壁面等热流密度,外壁面绝热情况下,加热(Gr>0)时速度峰值向内壁面偏移,外壁侧流速减小;而冷却时速度峰值则向外壁偏移,内壁流速减小并出现逆向回流。摩擦阻力的变化趋势与速度类似,在产生逆向流处出现局部极小值。内壁面努塞尔数Nu在加热时大于强制对流时的情形,且随着格拉晓夫数Gr增大而增大;冷却时的Nu数却小于强制对流的情形,在Gr数较小时产生逆向流时出现极小值。Nu数随达西数Da的增大而增大。(2) 在内壁面恒温,外壁面绝热情况下,套管的水力进口段长度和热进口段长度与等热流密度-绝热情况相比大大延长。加热与冷却下的速度分布在流动达到充分发展后与强制对流(Gr=0)时的速度分布一致。内外壁面的摩擦阻力在达到最大(最小)值后逐渐趋于强制对流下的摩擦阻力。在进口段初期,冷却下的温度分布受自然对流的影响较大,Gr数较小时,温度线出现交叉。加<WP=3>热下的努塞尔数单调下降,并在Gr数较高时出现局部峰值。冷却时的努塞尔数先降至最小值,然后逐渐回升至恒定值。Da数增大时,流体的对流作用明显,内壁面努塞尔数增大。当Da数越小时,充分发展后的速度分布曲线越平坦,当Da=10-4时,速度分布接近于湍流的速度分布。(3) 在内外壁面均为恒温情况下,较大时,加热与冷却时流体均出现了逆向回流,且在轴向一直保持S形速度分布。内外壁面的摩擦阻力系数变化相似,但因不同Gr数的影响趋于不同的恒定值。内壁面努塞尔随着Z的增加而降低,随着Gr数的增大而增大,在Gr数较小时,产生局部峰值。外壁面努塞尔数随着Z的增加而增大,在Z<1.83时,冷却下的努塞尔数高于加热时的努塞尔数,Z>1.83时正好相反。另外,内壁面努塞尔数随着Da数的减小而减小。