多孔介质传热传质分形理论初析

对分形理论在多孔介质传热传质过程中的应用进行了初步的分析,求出了基于分形理论的多孔介质固有渗透率和有效导热系数,建立了多孔介质渗流与导热的分形模型.     

水驱砂岩油藏孔喉结构变化的三维网络模拟

以长期水驱实验为基础,建立了等效水驱砂岩储层孔喉结构变化的三维网络模拟模型,结合三维微粒运移机制和有限差分求解方法,得到了长期水驱砂岩油藏孔喉结构变化规律:(1)冲刷后喉道半径呈增加趋势,喉道半径变化范围变大,极小喉道半径呈微弱减小趋势;(2)孔隙网络模型中冲刷半径扩大的孔道分布形式与原始孔隙网络结构密切相关,并非所有的大孔道都串联起来贯穿岩芯孔隙网络的两个端面,但入口端和出口端部分大孔道相互连通,形成端面上的大孔道网络群.网络模拟注水结果结合采油井测试,可为注水剖面的调整提供更加可靠的依据.     

仓储粮堆三维非规则孔道网络模型的优化研究

为了更详尽地反映仓储粮堆内部粮食颗粒与孔喉之间、孔隙与孔隙之间的位置关系,更合理地描述仓储粮堆内部在机械通风过程中的湿热传递规律,利用三维CT扫描设备与Avizo软件对颗粒堆积样件的孔喉进行提取,获得颗粒堆积样件实际三维孔道网络模型.其中喉道长度主要分布在6.0～14.0 mm之间,大约占喉道总数的96％,喉道长度分布...     

考虑固液界面作用的聚合物驱动态网络模型

针对岩石的孔隙喉道尺寸微小,流体在孔喉内的流动规律极其复杂,在现有微尺度研究基础上,建立聚合物驱动态网络模型.该模型不同于准静态网络模型,不仅考虑黏滞力与毛管力的作用,同时还考虑岩石骨架与流体之间界面作用对流动规律的影响.模型通过模拟固液界面作用、孔喉特征参数对聚合物驱后剩余油分布的影响.结果表明:考虑固液界面作用时,含剩余油的孔隙所占比例越大,剩余油饱和度越大;孔喉比越大,含剩余油的孔隙所占比例越大,剩余油饱和度越大;配位数越大,含剩余油的孔隙所占比例越小,剩余油饱和度越小.     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

多孔介质预混燃烧气固温度分布特性试验研究

为研究多孔介质燃烧、传热和生成物特性，采用非接触式红外测温仪对多孔介质预混燃烧室中气、固两相温度分布进行了试验研究.结果表明预混气体在多孔介质中燃烧时，气相和固相的温度是不同的，存在－60～+100 K的温差.试验得到了不同当量比、热流密度和孔径下的燃烧室气、固温度分布.在火焰前缘，固体骨架的温度高于多孔介质内气体的温度，对气体有预热作用；在火焰后缘，气体温度高于固体骨架温度，对固体骨架有蓄热作用.当量比降低，气、固温差波动变小；当量比不变，热流密度增大，气、固温度差值在轴向长度方向变化小.     

木材横纹有效导热系数的分形模型

提出了一个二维的分形模型来计算木材横纹有效导热系数.通过分析木材试样的扫描电镜照片，研究了木材横纹剖面的多孔结构特征，采用盒维数法计算了其分形维数.通过分析单一木材细胞的导热过程，采用热阻模拟方法分别推导了弦向和径向有效导热系数的表达式.实验得到各种木材的纤维多孔结构的分形维数约为1.4，由木材纤维孔隙率与分形维数的关系得到了有效导热系数随分形维数变化的表达式.利用分形模型对木材径向有效导热系数进行了计算，并与实验测量结果和文献中的数据进行了比较.结果表明，此分形模型可以对各种木材的横纹有效导热系数进行有效的预测，而且可以推广到不同含水率的情形.     

基于随机行走方法的多孔介质导热性能研究

在组成相同的情况下,多孔介质传热性能可以表示为孔隙率、孔隙分布、孔隙连通性和方向性参数的函数[1-4].孔隙分布静态特征可以用面积分形维数来描述,而表征孔隙连通性和方向性的多孔介质动态特性结构参数的相关研究文献较少.本文在传统随机行走模型的基础上,提出了一种新的方向随机行走模型来定量描述多孔介质动态特征,并与有效导热系数建立了定性关系.     

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.     

测点分布对多孔管道加热面温度测量的影响

根据已有实验数据,研究了测温点分布对多孔管道加热面温度测量的影响.实验时分别取玻璃和轴承钢颗粒作为构成管道内的多孔介质固体骨架的填充材料,水或空气流过其中.考虑了颗粒直径、导热系数和管壁的导热系数及换热系数的影响.当多孔介质固体骨架是由玻璃颗粒构成时,无论流体是水还是空气,测点位置对管道内壁面温度的测量精度不会产生较大影响;但当多孔介质固体骨架是由轴承钢颗粒构成时,特别当流体是水时测点位置会对管道内壁温度的测量精度产生较大影响.     

A novel method to determine effective thermal conductivity of porous materials

1 Introduction Due to some unique structure and characteristics, the porous material behaves as afunctional material and is finding more and more applications in a variety of fields suchas aviation, chemistry and energy[1]. In such cases, the effective thermal conductivity ofthe porous materials is a vital parameter that dominates application performances. Gen-erally speaking, the effective thermal conductivity can be measured experimentally, butin some cases (for example the stuffing is l…     

Film condensation heat transfer on a vertical porous-layer coated plate

Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｖａｐｏｒｏｎａｃｏｏｌｅｄｗａｌｌｔａｋｅｓｐｌａｃｅｉｎｎｕｍｅｒｏｕｓｔｈｅｒｍａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｓｕｃｈａｓｉｎｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ,ｔｈｅｓｔｅａｍｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓａｎｄｔｈｅｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｅｓ.Ｔｈｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｔｔｒａｃｔｓｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐａｓｔｆｅｗｄｅｃａｄｅｓ.Ｒｅｃ…     

基于LTNE的二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合数值分析

针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析.采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合.在平板左侧施加30℃流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0Pa的孔隙压力边界条件.利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程（PDEs）模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解.数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变.此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小.研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.     

Effect of pore size and porosity distribution on radiation absorption and thermal performance of porous solar energy absorber

In this paper, experimental and numerical study were both conducted to investigate the effect of pore size and porosity distribution on radiation absorption and thermal performance of porous solar energy absorber. Ultraviolet-visible-near infrared(UV-Vis-NIR) spectrophotometer was used to measure the transmittance of porous media to reflect its radiation absorption capabilities. Numerical model was established based on the assumption of thermal nonequilibrium condition as well as using P1 model to consider the radiation heat transfer. The UV-Vis-NIR spectrophotometer measurement showed that:(1) With smaller pore size, the spectral transmittance of the porous media would be lower and the solar radiation absorption would be better;(2)Among the materials with different pore size distributions, pore-size-decreased combo and pore-size-increased combo have almost equal absorption coefficient which are higher than that of uniform structure. Numerical simulation demonstrated that:(3)For materials with different pore size distributions, pore-size-decreased structure has the best radiation absorption due to its ability of maximizing the volumetric absorption effect, which is agreed with the UV-Vis-NIR spectrophotometer experimental results;(4) For materials with different porosity distributions, porosity-gradually-increased structure has the highest mean fluid/solid temperatures because it can utilize the enhanced convective/conductive heat transfer to improve the overall thermal performance of porous receiver;(5) Porous structure with pore-size-decreased distribution and porosity-gradually-increased distribution has the best thermal performance of which the mean temperatures of fluid/solid phases are the highest among all the studied cases.     

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     

Theoretical and experimental study of the thermal conductivity of nanoporous media

The nanoparticle thermal conductivity and nanoscale thermal contact resistance were investigated by molecular dynamics(MD) simulations to further understand nanoscale porous media thermal conductivity.Macroscale porous media thermal conductivity models were then revised for nanoporous media.The effective thermal conductivities of two packed beds with nanoscale nickel particles and a packed bed with microscale nickel particles were then measured using the Hot Disk.The measured results show that the nano/microscale porous media thermal conductivities were much less than the thermal conductivities of the solid particles.Comparison of the measured and calculated results shows that the revised combined parallel-series model and the revised Hsu-Cheng model can accurately predict the effective thermal conductivities of micro-and nanoparticle packed beds.     

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.