基于生物多孔介质的对流干燥数值模拟

为了研究多孔介质在干燥过程中内部的传热、传质规律以及应力、应变变化,基于Fick第二扩散定律、Fourier导热定律以及弹性力学本构原理,建立在对流干燥条件下片状生物多孔介质(马铃薯)的热-湿-力(THM)的三维多物理场耦合模型。运用COMSOL有限元仿真软件,通过PDE(偏微分方程)模块实现THM三物理场耦合数值模拟计算,可得到不同时间步长中多孔介质内部不同位置的温度、含湿量分布情况以及整体平均干燥曲线。     

含湿非饱和多孔介质微观干燥过程的可视化研究

介绍格子气自动机方法的原理与特点.用该方法模拟非饱和多孔介质微观干燥过程,实现多孔介质干燥时内部湿分分布状态、迁移特征的可视化;分析影响干燥过程的主要因素,模拟结果与理论分析结果符合.初步研究表明,该方法能够有效地模拟多孔介质干燥过程,实现对多孔介质微观干燥过程进行可视化分析.     

苹果切片热风干燥温度的优化研究

热风干燥是苹果切片的主要干燥方式,而采用合理的送风温度是防止切片开裂并缩短干燥时间的有效措施.文章基于苹果切片的多孔介质属性,建立了多相多孔介质模型,利用软件COMSOL Multiphysics?对苹果切片热风干燥过程进行数值模拟,分析了不同送风温度下,切片内部的水分分布情况以及温度对干燥时间和不均匀度的影响.结果表...     

就仓干燥粮食温度和水分的实验模拟对比

粮堆的通风干燥是粮食干燥的主要形式,粮食的干燥过程实质上是多孔介质热湿耦合传递的过程.本文借助实验研究和数值模拟的方法,针对利用太阳能／热泵联合就仓干燥粮食的热风随时间变化的情况,采用综合温度和空气绝对湿度作为瞬态边界条件,对干燥过程中粮食内部温度和水分的变化进行了模拟研究.模拟结果表明干燥150h后小麦水分达到安全水分13.6％(干基),而实验结果表明干燥135h后达到安全水分13.6％(干基),二者对比相差不大且模拟温度与试验温度吻合较好.     

格子气自动机对多孔介质微观干燥过程的模拟

介绍格子气自动机方法的概念与原理，并用该方法对多孔介质液体吸附和微观干燥现象进行模拟，模拟得到了微观干燥过程湿分迁移特征及干燥特征曲线，模拟结果与文献相符合．初步研究表明，该方法可以用来研究微观的多孔介质干燥过程．     

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.     

多孔介质干燥的非平衡热力学模型

从非平衡态热动力学和相平衡的角度,建立了多孔介质干燥的非线性数学模型．该模型充分考虑了多孔介质内部传热传质之间的相互耦合现象,从化学势的定义出发,进一步从理论上分析了温度、含湿量对各唯象系数的影响,并通过与实验数据的对比分析,验证了模型的正确性,为干燥过程的实施提供了理论依据。     

基于格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率

多孔介质内的流动涉及许多工程应用.文章采用不可压缩的格子Boltzmann模型对多孔介质中的流场进行数值模拟,从微细尺度上得到多孔介质的结构特性及分布情况;同时,获得了多孔介质的渗透率与孔隙率近似成指数的变化关系.根据达西定律和格子Boltzmann方法进行数值模拟,成功获得多孔介质的渗透率,为有效研究孔隙尺度下的渗流问题提供了方法,同时为多孔介质的工程应用及理论研究提供了依据.     

就仓通风时粮堆内部热湿耦合传递过程的数值预测

基于多孔介质传热传质的理论,建立了通风储粮过程中控制粮堆内部热量和水分传递的数学模型.借助数值模拟的方法对就仓通风时粮堆内部热湿耦合传递过程进行了预测,得出了就仓通风时粮堆内部热量和水分迁移的基本规律.     

自然通风下大棚群内部热湿环境分布特性模拟分析

为研究多塑料温室大棚群内部热、湿环境因子的相互影响与分布情况,利用数值模拟软件,在考虑温室内部水汽传输、作物蒸腾作用、太阳辐射等情况下,结合多孔介质模型、DO辐射模型以及组分运输模型建立了对应数值模型,在自然通风条件下进行了模拟并对作物蒸腾量进行了验证。验证结果显示模拟值与实验值误差在15%以内,数值模型可信。采用此模型进行了模拟,结果表明：1号大棚对空气流动的阻碍使得2号以及3号大棚内空气流速降低,导致空气中携带的水汽以及热量在2号以及3号大棚内部空间扩散,2号及3号大棚内作物蒸腾受到抑制,其内部作物表面温度逐渐升高,3号大棚内作物表面温度升高最为明显,最高处达到了309.5 K。     

干燥过程中热质传递交叉效应的研究

针对雷椅夫建立在不可逆过程热力学原理上的传热与传质方程组,着重研究毛细多孔介质内传热与传质过程中的交叉效应。得出了非稳态干燥过程的理论解,并通过实验验证了其正确性,利用该模型分析了干燥过程中各因素对内部温度场和湿度场的影响以及交叉效应在干燥过程中的作用。     

格子-Boltzmann方法模拟多孔介质内自然对流蓄热过程

以在高温热量存储、太阳能利用和建筑节能中有着广泛应用的多孔蓄热装置为研究对象,基于格子-Boltzmann方法(LBM)的基本原理,建立表征体元尺度(REV)上多孔介质自然对流的热流耦合方程,对多孔介质区域内的定温加热过程进行数值计算,探索了蓄热装置工作效果与多孔介质材料和内部流体特性的关系。分析获得了多孔介质渗透率和工质热膨胀率增大对多孔介质蓄热的强化作用,以及强自然对流作用下温度场分布所出现的不均匀特性。     

孔隙率对Al2O3高孔隙率多孔介质EHC的影响

新型多孔介质燃烧技术主要采用泡沫陶瓷 ( Ceramic Foams)、波纹状陶瓷 ( Fabric LamellaStructure)等高孔隙率多孔介质。基于气、固相局部热平衡假设的有效导热系数 EHC( EffectiveHeat Conductivity)描述了气流与固体骨架中导热、弥散和热辐射多种传热方式的综合效果 ,是一个重要的传热特性 ,对其研究非常不足。通过实验与数值模拟确定不同孔隙率 Al2 O3 陶瓷的 EHC:基于测定的温度分布 ,给定 EHC的初值 ,采用有限体积法进行流场数值模拟 ;比较测量与计算的温度均方根差 ,通过对 EHC搜索寻优 ,间接确定泡沫陶瓷的有效导热系数。结果表明 Al2 O3 陶瓷的EHC随温度增加而增加 ,对速度不敏感 ;孔隙率高的陶瓷其 EHC较大。给出试样 EHC与温度和空管速度的拟合式 ;将颗粒床 EHC的 Z&B模型外推到 Al2 O3 高孔隙率陶瓷 ,并给出 EHC预示结果     

多孔介质反应器内传热特性模拟

根据多孔介质流动、传热理论,采用了多孔介质内流动、能量传递的相关数学模型,并采用P1近似法处理多孔介质的辐射吸收过程,最后运用CFD软件,计算得出了孔隙率、材料材质、流速等因素对多孔介质区温度场、对流换热系数、努赛尔数的影响.     

基于太阳墙技术的太阳能热气流发电系统的数值模拟

结合太阳能热气流发电系统和多孔板集热墙的特点,设计了一种基于太阳墙技术的太阳能热气流发电系统,分析了该系统内的传热与流动过程,在局部非热力学平衡的条件下,采用双方程多孔介质模型耦合空腔内的流动和传热过程进行了数值模拟,分析了多孔板的渗透率对入口流速、出口速度、出口温度、系统抽力和系统最大输出功率的影响。结果表明,提高多孔板的渗透率,使烟囱内气流速度增大,入口处气流速度变得不均匀、温升减小、抽力降低、系统最大可能的输出功率先增大,后减小。计算结果表明存在一个最优的孔隙率,可以获得比较均匀的入口流速,系统效果最优。     

固定床反应器内化学反应渗流场的基本方程组

通过对固定床反应器内气体的化学反应过程、渗流流动过程、传热传质过程的分析与耦合，得到化学反应渗流场的基本方程组，详细推导了带有化学反应的渗流流动的能量方程，并对能量方程中各项进行说明，以氨的合成反应为例，写出了化学动力学各方程的具体形式。     

多孔介质方腔自然对流的直接数值模拟

为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自然对流的传热主要是通过壁面附近热对流产生的环流.通过直接数值模拟研究发现：当保持Rayleigh数和固体体积分数不变时,随着模拟多孔介质的颗粒数目的增加,壁面平均Nusselt数随之减小,即传热效率降低,进一步的流场分析表明规则排列时最外排颗粒到壁面距离对于传热效率有重要的影响;当固体颗粒数目和体积分数相同时,颗粒随机布置在高Rayleigh数时比颗粒规则布置有更高的传热效率,而颗粒形状对于传热效率的影响则不大.     

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.