基于孔隙尺度的方腔内多孔介质融化模拟研究

由于单松弛(LBGK)格子Boltzmann模型在用反弹格式处理无滑移边界时存在缺陷。基于孔隙尺度,采用多松弛(MRT)格子Boltzmann模型研究封闭方腔内多孔介质的自然对流融化过程,其中,通过焓方法考虑相变潜热。分析了Rayleigh数和Prandtl数对融化的影响。结果表明:采用的多松弛模型能很好的预测导热和对流融化过程;多孔介质的导热融化界面不再与垂直壁面平行,自然对流融化界面呈现不规则形状;Rayleigh数和Prandtl数对多孔介质的融化有较大影响。     

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。     

多孔介质渗透系数数值模拟研究

利用ANSYS有限元程序模拟多孔介质孔隙特征和孔隙率对其渗透系数的影响,计算出不同孔隙率、孔径、孔喉比所对应的等效渗透系数,并用拟合数学方程评价孔隙率、孔径、孔喉比对渗透系数的影响程度.结果表明：多孔介质的等效渗透系数与孔隙率和平均孔径呈线性正相关关系,与孔喉比呈负相关关系.     

多孔介质内嵌热源引起的对流换热格子Boltzmann模拟

文中引入广义模型与能量方程来分别描述多孔介质内部的动量和热量传递,建立了底部嵌入矩形热源的二维多孔介质内自然对流的格子-Boltzmann(Lattice Boltzmann, LB)模型.通过和实验结果进行对比,验证了文中LB模型求解多孔介质内嵌热源引起的对流换热问题的正确性.系统地研究了Rayleigh数(Ra)、Darcy数(Da)和孔隙率ε等参数对多孔介质内温度场和流场的影响规律.研究结果表明：当Ra>10⁵时,Ra的增加能够提升多孔介质的整体对流换热强度;当Da>10^-5时,Da的增加能有效改善多孔介质内的流动换热情况;孔隙率的增加能够强化流动换热,但不会改变多孔介质的主导换热类型.     

多孔介质对室内有机挥发物扩散的影响

为了研究存在于多孔壁面的封闭腔体中温度、挥发性有机化合物( VOCs)质量浓度的分布特征,本文根据不可逆过程热力学基本原理,建立复合腔体内热质传递的数学模型.采用有限元数值计算方法对控制模型进行求解,得到不同达西数下复合腔体内流场、温度场和VOCs质量浓度场的分布特性.研究表明因多孔介质的存在,系统内的传热传质速度明显降低,而当多孔壁面的渗透率很低(相当于不可渗透壁面)时,传热传质速率降至最低.     

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.     

胶体类多孔介质微波对流干燥的研究

本文从胶体类多孔介质物料的特性出发，结合微波对流干燥的特点，应用集总参数法，提出了微波对流干燥过程的数学模型。通过数值计算，分析了微波功率、物料特征尺寸、对流介质参数等因素对干燥速率的影响，并以土豆作物料，进行了实验验证。     

含湿多孔介质对流干燥的不可逆热力学模型

采用不可逆热力学理论和方法,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程的数学模型,并采用ANSYS数值模拟软件进行了数值模拟。通过同已有实验结果的比较,验证了模型的准确性。该模型形式较为简单,考虑了多孔介质内部进行热湿迁移时温度场、浓度场和速度场三者的交叉耦合效应,对改进干燥工艺具有一定的实用价值。     

具有非线性吸收和对流项的多孔介质方程的一类Cauchy问题

本文研究同时具有非线性吸收和对流项的多孔介质方程以某Ｒ＾Ｎ中的Ｒａｄｏｎ测定为初始迹的Ｃａｕｃｈｙ问题广义解的存在性。     

Investigation on the three-dimensional multiphase conjugate conduction problem inside porous wick with the lattice Boltzmann method

A lattice Boltzmann model is developed for investigating the heat conduction process inside the three-dimensional random porous media. Combined with the algorithm for the reconstruction of the three-dimensional porous media, this model is used to investigate the transient heat conduction process inside the porous wick of CPLs/LHPs, which is vital for analyzing the startup stability of a CPL/LHP. The temperature distribution inside the porous wick is obtained and the influence of the porosity and the heat lo...     

多孔介质中有效孔扩散系数的试验测量

提出了通过实时测量扩散过程中多孔介质浮重变化,直接测定有效扩散系数的方法.首先建立了联系有效扩散系数和试件浮重变化的数学模型,并求出了该模型的解析解;利用非线性超定方程组优化求解的方法,结合问题的解析解和实测数据,反求出模型中的参数,有效扩散系数和边界层传质系数.用上述参数预测的试件浮重变化与实测浮重变化相差很小.表明该方法的实用性和可靠性.     

局部加热竖直套管内多孔介质中的自然对流

对内壁面局部恒温加热，外壁面恒温冷却，其它壁面保持绝热条件下的竖直同心套管内多孔介质中的自然对流进行了数值研究，分析了瑞利数Ra、半径比k及高宽比A对流场和温度场、内外壁面局部努塞尔数和加热段的平均努塞尔数的影响。研究结果表明：Ra及k对速度和温度的分布影响显著，随着Ra和k的增加，环流中心向上部和外壁面偏移，上部流速度远大于下部。内壁面加热段局部努塞尔数沿Z方向降低，但随k的增加而增加；外壁面的局部努塞尔数变化与内壁面相反。加热段平均努塞尔数Nui随砌及k的增加而增加，根据计算结果得到了平均努塞尔数与瑞利数的关联式Nui=mRa^n。     

含内热源堆积球床对流换热特性的实验研究

为了研究含内热源球床通道内的换热特性,采用直径为8 mm表面氧化碳钢球堆积形成球床,并采用电磁感应加热方式对球床进行整体加热.研究了球床通道内部的功率分布情况和换热系数随热流密度、工质Re的变化规律;并且根据实验数据拟合得到了球床通道内换热系数的无量纲准则关联式,拟合结果与实验结果的偏差在7％以内,符合良好.     

回溯法在多孔材料孔径测量中的应用

为了研究多孔材料的微观特性,必须对其微观结构进行测量.首先分析并指出了迭代法、递归法在多孔材料微结构孔洞标记中的不足之处,然后结合回溯法的思想采用一种新的多孔材料孔洞标记法,并利用迷宫问题具体分析了标记的过程.最后用VC++编程实现了淀粉扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)图像和陶瓷SEM图像的孔径测量(包括孔洞标记、孔径面积).实验结果表明,该方法改善了前两种算法的不足,实际运行效果良好,具有较好的实用价值.     

Non-classical diffusion model for heat and mass transfer in laser drying

A numerical analysis of the laser drying process by employing a generalized, Maxwell-Cattaneo equation to treat both heat and mass transfer was presented. Calculations were performed to illustrate the non-classical transport of heat and moisture. The effect of the heat flux density and the initial moisture content on water removal was also investigated. The results indicate that the nonequilibrium mass diffusion plays an important role during the very early stages of moisture removal, especially at the surface of the medium. Away from the surface, the non-Fickian model shows a delay in the reduction of the moisture content. The calculation resuits also show that the initial moisture content of the medium has a considerable effect on water removal.