CPL冷凝单管融化过程的双倒易边界元分析

1引言CPL（毛细泵两相流回路）能传输较高的热负荷，而且不需要循环泵、阀门等运动部件，重量轻可靠性好；在飞行器热控制方面有很好的应用前景[1]。CPL在恶劣的空间环境中运行，需要防止工作介质出现冷冻，为此，我们已经用解析[2]和数值的方法[3]进行了初步的分析，得到了一些可供工程设计参考应用的结果。另外，在恶劣的空间环境中，如果出现冻结，需要融化起动，热管的安全设计需要研究它的融化特性，以确保热管在空间能正常运行。双倒易边界元方法用Laplace基本解[4]，通过对一类偏微分方程两侧进行转化，将它全部转化为纯边界积分…     

加热条件下含湿多孔介质中液体分布及机理

建立了考虑临界含湿率的非饱和含湿多孔介质加热条件下的热质传输模型。含湿率低于临界值时,由于不同孔隙内水分互不接触,无法在高低含湿率区域间产生由于毛细作用而引起的液体流动,因而忽略介质中液相毛细流动;当含湿率高于临界值时,则考虑液相毛细流动。利用建立的模型,对加热条件下低于和高于临界含湿率情况下的堆积颗粒多孔介质中水分迁移情况进行了分析。模拟分析及实验研究表明应根据含湿率与临界含湿率关系确定是否考虑由毛细力引起的流动。     

HFC134a/HCFC141b混合气体水合物相平衡特性

1引言致冷剂气体水合物具有适合空调蓄冷的理想性质，其形成结晶的温度在8～12℃，在结晶形成“暖冰”时，释放较大的反应热（330～380kJ／kg），并且具有较好的传热性能[1~2]。但早期研究的主要是R11和R12的水合物，其致冷剂是典型的大气臭氧层破坏物质，现已受到了严格的限制。研究和开发新型的CFC替代物气体水合物已成为当前的重点[3]。近年来，中国科学院广州能源研究所在国家自然科学基金和广东省科学基金的支持下，展开了对新型致冷剂气体水合物相变蓄冷材料的研究。文献[4]首次报告了对CFC替代物HFC152a／HCFC141b混合气体水…     

含湿毛细多孔介质干燥过程相变传热传质分析

分析了含湿毛细多孔介质干燥过程的主要机理,建立了以液相饱和度、温度和气体压力为参数的一维数学模型, 采用全隐式有限差分方法对该模型进行了数值计算。计算结果表明,干燥过程可分为两个阶段:不稳定阶段和稳定阶段。 在不稳定阶段,模拟参数变化剧烈,而在稳定阶段,模拟参数变化平稳。     

电火花声源的某些特性

文中给出了电火花声源的压力波形及其频谱图，着重讨论了储能与压力波峰值P1m,和半峰值之间P1m/2的时间t1之间的关系，以及刚性圆筒内放电时边界对P1m和t1的影响。     

含湿毛细多孔体介质的传热与传质和热湿迁移特性测定方法的探讨

本文讨论含湿毛细多孔体介质中的热湿迁移过程,求得常物性假定下一维半无限大物体在边界常热流作用下的瞬变温度场和含湿率场,探讨利用常功率平面热源法测定合湿多孔材料热湿迁移特性的可行性。 影响含湿多孔体介质中的热湿迁移因素很多。文献中,各研究者由于所作的假设和着重点不同,导出的基本方程组也不尽相同。重要而又困难的问题是确定方程组中的各种热湿迁移特性。清华大学曾利用常功率平面热源法对测定含湿材料的导热系数和导温     

粗糙微通道内气体流动的分子动力学研究

为研究粗糙度对微通道内气体流动及其边界滑移性质的影响,采用分子动力学模拟方法研究了氩气在0.1 μm铂通道内的流动,通道表面粗糙度由三角粗糙元阵列构成。气体流动的边界条件决定于2个准则数: A/λ和Kn=λ/L(其中A为壁面粗糙度、λ为气体分子的平均自由程、L为流动系统的尺度)。Maxwell基于Kn的滑移模型当A/λ<0.25时适用;A/λ<1时,气体流动存在边界速度滑移,体现出稀薄效应,A/λ≈1时为无滑移,A/λ>1时为等效负滑移.     

典型放电气体的击穿场强阈值研究

为了研究等离子体产生时的气体击穿特性,利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型,分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明:气体击穿阈值随气体压强的增大而减小,随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度,在所考虑的范围内,气体压强对击穿场强的影响约为100 V/m,入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300 V/m,气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30 V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时,各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似;但考虑入射频率的影响时,不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中,Xe具有最低的击穿场强阈值,He的击穿阈值最大。     

速度滑移和温度阶跃对微尺度流动和换热的影响

1前言近年来，对微尺度换热器和微型槽道内介质的流动和换热的研究日益引起人们的重视[1]。但各研究者的结论却大相径庭[2-6],其流动与换热规律，迄今无统一认识。本文认为：随着流道尺寸的减小，边界效应的影响不可忽视。基于此，通过引入Knudsen数，以局部充分发展流动假设为前提，在N－S方程基础上，数值模拟了微槽道的流动与换热情况，并与国外的实验结果进行了对比分析[5-6].2压力分布方程的导出及与实验结果的比较首先从平行平板间的不可压缩流体流动分析入手，流动方向为X向。连续性方程可简化为：引入速度滑移边界条件：由式（1）…     

透过多孔介质板的热湿传递的实验研究

本文以透过燃料电池增湿系统中多孔介质板的热湿传递过程为研究对象,建立了实验系统,测量并比较了高温高湿气体(增湿气体)透过多孔介质板对低温低湿气体(被增湿气体)进行加热加湿时,气体的相对流向、温度与相对湿度等对多孔介质板热湿传递特性的影响。结果表明,在使用相同的多孔介质板的前提下,使用逆流流向、提高增湿气体进口温度和相对湿度对多孔介质板两侧的换热和水分传递量的提高更加有利;同时,使用逆流流向、提高增湿气体进口温度以及降低其相对湿度有助于水分回收率的提高。     

超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

Dynamics of drying in 3D porous media

The drying dynamics in three dimensional porous media are studied with confocal microscopy. We observe abrupt air invasions in size from single particle to hundreds of particles. We show that these result from the strong flow from menisci in large pores to menisci in small pores during drying. This flow causes air invasions to start in large menisci and subsequently spread throughout the entire system. We measure the size and structure of the air invasions and show that they are in accord with invasion percolation. By varying the particle size and contact angle we unambiguously demonstrate that capillary pressure dominates the drying process.     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布，利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型，利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解，研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数，进而有利于采出程度的提高；就润湿性而言，水湿条件下毛管力是水驱油的动力，而在油湿条件下是阻力，因此水湿岩心采出程度更高.同时，从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示，结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构，流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征，进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

多孔介质中卡森流体的分形分析

研究了非牛顿流体中的卡森流体在多孔介质中的流动特性.基于服从分形分布的弯曲毛细管束模型,运用分形几何理论推导出了该流体在多孔介质中流动的流量、流速、启动压力梯度和有效渗透率的分形解析解.模型中的每一个参数都有明确的物理意义,它将卡森流体在多孔介质中的流动特性与多孔介质的微结构参数有机联系起来.文中给出了卡森流体的流速、启动压力梯度和有效渗透率随着各影响因素的变化趋势,并进行了讨论.所得分形模型可以更深刻地理解卡森流体在多孔介质中流动的内在物理机理. 关键词： 多孔介质 卡森流体 分形     

Modelling two-phase flow in porous media at the pore scale using the volume-of-fluid method

We present a stable numerical scheme for modelling multiphase flow in porous media, where the characteristic size of the flow domain is of the order of microns to millimetres. The numerical method is developed for efficient modelling of multiphase flow in porous media with complex interface motion and irregular solid boundaries. The Navier–Stokes equations are discretised using a finite volume approach, while the volume-of-fluid method is used to capture the location of interfaces. Capillary forces are computed using a semi-sharp surface force model, in which the transition area for capillary pressure is effectively limited to one grid block. This new formulation along with two new filtering methods, developed for correcting capillary forces, permits simulations at very low capillary numbers and avoids non-physical velocities. Capillary forces are implemented using a semi-implicit formulation, which allows larger time step sizes at low capillary numbers. We verify the accuracy and stability of the numerical method on several test cases, which indicate the potential of the method to predict multiphase flow processes.     

Macroscopic capillarity without a constitutive capillary pressure function

This paper challenges the foundations of the macroscopic capillary pressure concept. The capillary pressure function, as it is traditionally assumed in the constitutive theory of two-phase immiscible displacement in porous media, relates the pressure difference between nonwetting and wetting fluid to the saturation of the wetting fluid. The traditional capillary pressure function neglects the fundamental difference between percolating and nonpercolating fluid regions as first emphasized in R. Hilfer [Macroscopic equations of motion for two phase flow in porous media, Phys. Rev. E 58 (1998) 2090]. The theoretical approach proposed here starts from residual saturations as the volume fractions of nonpercolating phases. The resulting equations of motion open the possibility to describe flow processes where drainage and imbibition occur simultaneously. The theory predicts hysteresis and process dependence of capillary phenomena. The traditional theory is recovered as a special case in the residual decoupling approximation. Explicit calculations are presented for quasistatic equilibrium profiles near hydrostatic equilibrium. The results are found to agree with experiment.     

随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。     

烧结/堆积床多孔介质流动沸腾换热实验研究

本文实验对比研究了0.3 mm、0.5mm、0.7 mm三种粒径的铜颗粒烧结与堆积床多孔介质中的流动沸腾换热,主要研究了入口流速、热流密度、加热方位及粒径对流动沸腾换热的影响,以及多孔介质中的沸腾滞后。实验结果表明:大入口流速、低热流密度、下方加热以及小粒径时加热壁面的过热度较低,即有利于沸腾换热;本实验所用烧结多孔介质壁面过热度高于堆积床多孔介质,其原因是内部含有闭孔。     

三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究

利用CFD软件数值研究了颗粒三维有序堆积多孔介质的对流换热问题. 采用颗粒直径分别为14 mm,9.4 mm和7 mm的球形颗粒有序排列构成多孔介质骨架,在多孔骨架的上方有一恒热流密度的铜板. 采用流固耦合的方法研究了槽通道内温度分布和局部对流换热系数的分布以及对流换热的影响因素. 研究结果表明:热渗透的厚度和温度边界层的厚度在流动方向上逐渐增大,并且随流量的增加而减小;当骨架的导热系数比较高时,对流换热随颗粒直径的减小而略有增大;对流换热系数随聚丙烯酰胺溶液浓度的增大而减小,黏性耗散减弱了对流换热. 关键词： 多孔介质 温度场 局部对流换热系数 数值模拟