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多孔介质结构作为一种普遍存在的实体结构，因其优异性能而在工业生产和生活中得到了广泛的应用，多孔介质的研究也得到了更大的发展。多孔介质材料是一种可以强化换热的材料，较为普遍使用的为颗粒填充多孔介质，对其内部流体的流动特性与换热特性的研究具有十分重要的科研意义。多孔介质材料的使用可以极大的降低能源的消耗，因此，多孔介质材料的研发与使用高度契合当今世界节能减排的趋势。本文采用数值研究与实验研究相结合的方式来研究多孔介质内部的流动与换热特性，通过计算流体力学软件(CFD)模拟流体在多孔介质内部流动与换热，得到其内部物理场的数据并分析其变化规律，同时进行实验研究进一步验证模拟结果的可靠性。
本文通过数值研究及实验分析了流动特性与换热特性。在流动特性的研究分析上，多孔介质域的矢量夹角反映主流通道与连接通道内流体互相影响的程度，矢量夹角的大小受入口流速和骨架排列规则影响，夹角α＜90°时主流通道内流体的流动状态不因连接通道流体流动而改变，夹角α＞90°时主流通道内流体的流动状态会因连接通道流体的流动而改变。入口流速V≥0.03m/s时，流体进入多孔介质时会产生回流现象，流速在0.02m/s~0.03m/s时，流体的流态开始由层流向湍流转变，临界Rep≈500。Ergun公式适用于对大孔隙、简单排列的多孔介质进行压力计算，对于孔隙率Ф≤0.3678的多孔介质模型，其压力计算的误差较大。
在对流换热方面，固体骨架上的温度分布为倒三角形，流速达到0.05m/s时，最下层骨架已不受加热板影响。流体在多孔介质中温度逐渐升高，最后趋于稳定，稳定后的温度与入口流速有关，流速越大，稳定后的温度越低，加热侧壁面温度随着流速的增大而减小。不同粒径的颗粒其粒径的改变对对流换热系数的影响程度不同，对流换热系数对5mm~12mm的粒径改变相对敏感，对大于12mm颗粒的粒径改变相对迟缓。四种模型中，结构紧凑、孔隙率小的中心差序排列模型的对流换热系数最高，同一入口流速下，随着孔隙率Ф的降低，对流换热系数hx会先增大后减小，转折点在Ф≤0.3135的模型中出现。得到四种模型Nu数的拟合关联式，并比较四种模型的综合换热效率。
本文通过数值研究及实验分析了流动特性与换热特性。在流动特性的研究分析上，多孔介质域的矢量夹角反映主流通道与连接通道内流体互相影响的程度，矢量夹角的大小受入口流速和骨架排列规则影响，夹角α＜90°时主流通道内流体的流动状态不因连接通道流体流动而改变，夹角α＞90°时主流通道内流体的流动状态会因连接通道流体的流动而改变。入口流速V≥0.03m/s时，流体进入多孔介质时会产生回流现象，流速在0.02m/s~0.03m/s时，流体的流态开始由层流向湍流转变，临界Rep≈500。Ergun公式适用于对大孔隙、简单排列的多孔介质进行压力计算，对于孔隙率Ф≤0.3678的多孔介质模型，其压力计算的误差较大。
在对流换热方面，固体骨架上的温度分布为倒三角形，流速达到0.05m/s时，最下层骨架已不受加热板影响。流体在多孔介质中温度逐渐升高，最后趋于稳定，稳定后的温度与入口流速有关，流速越大，稳定后的温度越低，加热侧壁面温度随着流速的增大而减小。不同粒径的颗粒其粒径的改变对对流换热系数的影响程度不同，对流换热系数对5mm~12mm的粒径改变相对敏感，对大于12mm颗粒的粒径改变相对迟缓。四种模型中，结构紧凑、孔隙率小的中心差序排列模型的对流换热系数最高，同一入口流速下，随着孔隙率Ф的降低，对流换热系数hx会先增大后减小，转折点在Ф≤0.3135的模型中出现。得到四种模型Nu数的拟合关联式，并比较四种模型的综合换热效率。