罐式还原的数值模拟

本文建立反应罐径向一维非稳态数学模型,它包括多孔介质热量传递方程、多孔介质质量传递方程、多相化学反应速率方程和理想气体状态方程,利用该模型对整个实验过程进行模拟.通过实验数据和模拟数据的比较,可以得出该模型能较准确的描述反应罐直接还原的实验过程,得出半焦层中碳的化学反应热与导热量属于一个数量级,化学反应与多孔介质传热共同决定了还原反应速率.靠近半焦粉层的铁矿还原度较高,而靠近铁矿层中心其还原度较低,呈现"U"字分布.     

反应罐直接还原过程动力学模型

在实验室反应罐直接还原过程动力学研究的基础上,建立了动力学模型——半焦收缩反应核模型,推导了动力学速度方程,以实验数据验证了动力学方程的适用性.     

地下水运动方程理论分析及其在CFD中的应用

在单井循环地下换热器仿真研究中,对于多孔介质模型参数设置常根据经验确定,相关理论研究较为缺乏,导致仿真研究结果与实验结果偏差较大.因此,本文对地下水运动方程进行理论分析,利用纳维—斯托克斯方程与米斯马赫方程推导得出不可压缩流体在不可变形多孔介质中的运动方程;利用伯努利方程和米斯马赫方程,将能量方程方程中的水头损失与流体在多孔介质中流动的阻力损失联系起来,使伯努利方程在多孔介质中的得到应用;根据实验结果与仿真数据确定了Fluent中多孔介质模型的2个经验系数,C0和C1分别为2.5×106和1.2;最后,应用该经验系数,仿真得到3种单井循环地下换热器影响下的地下水速度流线.     

考虑裂隙的多孔介质中对流扩散现象的仿真模拟

为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.     

反应罐生产海绵铁的影响因素探究

隧道窑是工业生产海绵铁的重要方法 .但生产过程温度低,产率不高.按照某隧道窑尺寸,根据相似原理建立了实验室反应罐模型和装料制度.用箱式电阻炉以6℃/min将物料从室温升至1 100℃,保温2 h后快速水冷制得海绵铁样品.实验发现:10～16目时还原度为69.4%,金属化率也最高;通过对10～16目海绵铁样品沿径向取样进行SEM观察,发现颗粒的微观结构差异很大;分析表明微观结构主要影响径向传热和传质,从而导致海绵铁中间还原度最低;内侧铁矿颗粒表面有晶须出现,其生长和发展导致颗粒体积膨胀;外侧铁矿颗粒还原充分,大量失氧和晶须软熔渗透是导致海绵铁外径收缩和烧结的主要原因.     

太阳能热化学反应器内流动和反应的数值模拟

太阳能热化学反应器可利用二氧化铈的催化作用,分解水和二氧化碳,是一种将太阳能转化为燃料中的新途径.设计该类型反应器的难点是如何准确把握质量、热量传递和非计量化学反应的复杂耦合关系,文中以Bader设计的太阳能高温反应器为基础,选用合理的数学模型和化学反应动力学模型,模拟得出还原阶段和氧化阶段反应器内氧空位浓度、反应产物...     

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.     

多孔介质方程的格子Boltzmann模型

对一类非线性多孔介质方程构造了格子Boltzmann求解模型。由LBGK模型出发,通过合理补充演化方程中的源项分布函数以及适当选取局部平衡态分布函数,恢复出宏观的非线性多孔介质方程。几个典型多孔介质方程的数值模拟验证了模型精度和有效性。     

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.     

墙体内热湿耦合过程的时域递归展开算法

利用时域递归展开算法对墙体内热湿耦合传递方程进行求解。以木板为例,应用该算法进行了热湿耦合传递的分析计算,在时间域和空间域上分别运用递归展开法和控制容积法进行离散,从而得到递归形式的线性方程组,运用MATLAB软件对这一过程进行求解。计算结果与有限差分算法、解析解计算结果以及实验数据吻合良好,表明该算法能够用于求解多孔介质热湿耦合传递模型。时间步长的改变对计算结果影响较小,可通过增加时间步长方法来减少工作量。     

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.     

蜂窝器与多孔介质模型整流效果的对比分析

为了认识水洞设计过程中多孔介质模型代替实体蜂窝器的作用效果,本文采用计算流体力学方法,针对蜂窝器和多孔介质局部模型,开展了计算对比研究。通过横向速度、流向速度不均匀性、湍流度和压力损失等指标评价了蜂窝器和多孔介质模型的整流效果,利用流场速度、压力、湍流度等流场参数分布,分析了蜂窝器和多孔介质模型的整流作用机理。研究表明：蜂窝器和多孔介质模型均能有效抑制横向速度;蜂窝器对流向速度均匀性具有不利影响,多孔介质模型有利于流向速度均匀性;蜂窝器能够有效降低来流湍流度,多孔介质模型对来流湍流度无明显影响;多孔介质模型能够准确模拟蜂窝器内部压力损失。本文为利用多孔介质模型代替实体蜂窝器开展水洞全回路流场的计算流体力学分析提供了指导。     

橡胶原料干燥质扩散系数的确定

橡胶原料干燥过程中涉及到多孔介质的热质传递,通过多孔物体的水分传质微分方程给出了如何求干燥常数的理论方程,结合Luikov公式和阿累尼乌斯方程给出了求解质量扩散系数的方程,并通过实验确定了湿分在丁苯橡胶中的质扩散系数的关系式。     

聚氨酯改性材料过滤特性实验研究

以聚氨酯改性多孔滤料为研究对象,利用Micro-CT与FT-IR对滤料的内部结构与表面官能团进行了研究,得到滤料内部的孔径与喉径的大小以及滤料表面官能团的分布特征.基于滤料实测数据建立多孔滤料实验平台,对多孔介质中油水多相流动进行数值模拟与实验研究,以获得悬浮颗粒和油滴在滤层中的分布规律和滤料特性影响因素.经实验验证,...     

非饱和多孔介质回灌过程中热弥散度特性试验

目的 为了解非饱和多孔介质热弥散度变化特性,掌握不同多孔介质的热弥散度,为地下水源热泵工程的模拟预测的参数选择提供科学依据,解决凭经验进行水源热泵工程布井的不足.方法 通过建立水平土柱模型,应用一维非饱和砂土热量运移定解方程,在室内测取不同回灌温度条件下不同多孔介质的热弥散度.结果 相同温度回灌条件下,中砂热弥散度最大,粗砂次之,细砂最小;同种多孔介质回灌条件下,热弥散度随回灌水温升高呈现上升趋势.结论 对热泵工程进行模拟预测时,应充分考虑热弥散度变化的影响,根据不同地质的实测数据对经验热弥散度值加以修正,使得模拟预测更加准确,以免造成抽灌井间的“热贯通”,影响地下水环境.     

基于热湿耦合模型的三层多孔织物厚度决定反问题

在耦合的热湿传递数学模型基础上,提出了一类三层多孔织物厚度决定反问题。首先给出了完整的三层多孔织物热湿传递数学模型,使用有限差分法求解该模型,并分析了差分格式解的唯一性;其次以该热湿传递模型为基础,根据低温环境下保暖性设计要求,提出了三层多孔织物厚度决定反问题;最后利用遗传算法进行数值求解,通过Matlab进行数值模拟,数值结果验证了算法的有效性。     

格子Boltzmann方法研究及其应用

格子Boltzmann方法在多相流动和化学反应中具有非常重要的意义,针对其在湍流、多孔介质流、燃烧、多孔介质燃烧中的应用进行了综述,分析了该方法在模拟这些复杂流体问题时存在的优点和缺点。分析结果表明,格子Boltzmann方法可以直观形象地对复杂流体问题进行模拟,是研究流体内部复杂变化过程的重要评价方法。     

稠油注蒸汽开采储层伤害数学模型

稠油注蒸汽开采在提高原油的采收率同时也对储层造成了伤害.从二氧化硅的溶解和沉淀着手,通过建立流动/反应耦合方程,在适当的简化条件下,从数学解析的角度对二氧化硅溶解沉淀对储层孔隙度、渗透率的影响进行研究.研究重点是模拟当蒸汽注入多孔介质时二氧化硅的溶解沉淀与渗透率变化之间的关系.最后,根据koh et al.的实验数据印证了模型的正确性.     

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。     

基于Aspen Plus的油砂干馏过程模拟

利用Aspen Plus软件对油砂干馏过程进行建模,按照实验测定的油砂铝甄实验数据、工业分析、元素分析以及发热量数据对系统参数进行设定输入,并对干馏过程中的参数进行物料平衡和热平衡分析,得出模拟结果。在含油率、含水率、半焦产率以及干馏气产率等方面,将系统模拟结果与实验数据进行对比分析,模拟结果与实验数据间的误差均在合理范围内。对比结果表明,该系统的建模过程以及物性参数的设定合理,为以后构建基于Aspen Plus的油砂综合利用系统提供较好的理论依据和参考价值。