有向、周期约束通道中的质量传递与压降相似性

本研究对流动方向对周期约束通道中质量传递与摩擦阻力的影响进行了详细量化，为这些现象所支配的物理相似性关系提供了新视角。我们发现亨特鲁德数和摩擦系数遵循形式为 $Sh = A \Bigl( 1 + B \, \sin(2\alpha) \Bigr) Re^\frac{1}{2}$ 和 $f = A \Bigl( 1 + B \, \sin(2\alpha) \Bigr) Re^{-\frac{1}{2}}$ 的普适尺度律，其中 $\alpha$ 表示周期约束通道的取向。结果表明，流动取向与横向流速独立地影响亨特鲁德数和摩擦系数。本工作的关键贡献在于对流动取向的明确表述：相对于spacer结构，流动方向旋转45度可使亨特鲁德数几乎提高25%，而摩擦系数约上升20%。这些发现凸显了质量传递增强与流阻之间根本性的权衡，表明任何过程优化都必须仔细权衡混合效率的提升与能量耗散的增加。本研究为进一步探讨周期几何约束如何影响复杂流动系统中的传质过程提供了稳健框架。