分形多孔介质中的热传导

本文将多孔介质视为由骨架和空隙组成的二元混合介质,研究了多孔介质中的热传导过程,发现分形结构中的导热规律与孔隙的分布有关,存在着与实体导热完全不同的特征。计算表明,分形介质中的导热过程除了与基质(骨架)的分形维数有关外,还与基质率以及反映介质中热量传递动态过程有关。     

多孔介质热导率的数值计算

通过数值模拟得出面积分形维数和孔隙率相同,而孔隙结构不同的分形多孔介质的导热特性是不相同的.说明仅仅依靠孔隙率和分形维数两个参数无法有效确定多孔介质的热物理性质,寻找新的表征孔隙结构的参数是必要的.同时也说明了前人所得出的关于多孔介质的热物性的解析表达式具有一定的局限性和不确定性.     

超声波作用下污泥水分扩散过程的数值模拟

建立了超声波作用下污泥内部水分扩散模型,利用分形理论对超声波(20 kHz)作用下污泥内部孔隙结构进行描述,探讨了超声波声能密度对污泥孔隙表面分形维数df及孔隙通道曲折度分形维数dw的影响,在此基础上建立了超声波作用下多孔介质中液体有效扩散系数的分形模型,对不同声能密度超声波辐照下污泥水分扩散过程进行了数值模拟.研究发...     

基于分形理论的多孔介质导热系数研究

本文根据分形理论,对多孔介质几何结构进行了描述,计算出了不同孔隙率多孔介质简化模型的剖面面积分布分形维数d,并利用分形维数结合土壤导热模型推出了土壤的有效导热系数表达式,计算结果表明,该方法是符合客观实际的．     

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。     

基于显微CT图像的岩芯孔隙分形特征

采用国内自主开发的高分辨率显微CT设备,对岩芯样本进行图像采集,运用数字图像分析方法获得图像中的岩芯孔隙目标,并以此为基础重建三维模型。然后基于分形理论,分别从二维图像和重建的三维模型角度计算孔隙的分形维数。最后,再采用基于多孔介质的分形模型对岩芯孔隙分形特征进行验证,得出岩芯的二维分形维数和三维分形维数之间的差值均值为1.000 3,最大偏差为0.004,很好地满足多孔介质分形模型中关于二维和三维分形维数的关系。     

分形多孔介质导热数值模拟分析

本文基于分形理论构造了不同类型的分形结构来模拟多孔介质,采用有限容积法对其导热问题进行了数值模拟计算,详细分析了基质导热系数、孔隙流体导热系数、孔隙率等因素对其有效导热系数的影响规律.结果发现有效导热系数与基质导热系数、孔隙流体导热系数大致分别成幂函数关系,有效导热系数与孔隙率大致成指数函数关系.并把数值模拟分析结果与文献中的经验公式进行了对比分析,为其提供了数值验证.     

石墨泡沫新材料导热的分形模型

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质。本文在实验获取这种新型多孔材料的基础上,建立了基于分形理论的材料结构和导热模型,采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式,计算了石墨泡沫的剖面孔隙面积分形维数和等效导热系数.     

凝华结霜霜层导热系数理论分析

研究水蒸汽凝华结霜过程在冷壁上形成的霜层的导热系数,依据随机管子多孔介质霜层模型,假设霜层是由孔隙空间与冰晶骨架构成的多孔介质,其中孔隙空间由随机毛细管及连接管子的接头形成,湿空气中的水蒸汽在霜层的孔隙空间中扩散输运并凝华结霜,根据传热传质学理论,导出霜层导热系数关系式。     

带导热壁面的三角形多孔腔体对流传热研究

采用有限元方法,对底壁面为导热固体壁面的三角形多孔介质腔体内的对流传热进行了数值模拟,分析了固体壁面与多孔介质导热系数之比、固体壁面与腔体水平长度之比、瑞利数、腔体高宽比等特征参数对交界面平均传热系数的影响.结果表明,薄壁面时平均传热系数随固体壁面与腔体水平方向长度之比的增加先显著增大再呈缓慢增大趋势,并逐渐趋于常数,但随着导热壁面厚度的增加,上述增长趋势变缓.     

微尺度换热器的研究及相关问题的探讨

本文对微风度换热器产生的背景、研究现状及存在的问题进行了综述和初步分析。对在微小槽道内流体的流动和传热与常规尺度下的差异的原因和机理进行了简单分析。发现有些用气体所做的实验研究，很有可能是处于有速度滑移和温度跳跃的滑流区。速度滑移和温度跳跃致使阻力系数减小、传热减弱。对微小槽道和多孔介质对传热的强化效果进行厂比较。多孔介质对传热的强化效果更好，但同时压力损失也更大。     

流体在烧结多孔槽道中对流换热的实验研究

本文对空气和水流过烧结青铜颗粒水平多孔槽道表面上的对流换热进行了实验研究。结果表明:与空槽道表面换热相比,实验段充满烧结多孔介质后,水流过实验段的平均对流换热系数可提高7～9倍,空气可提高3～30倍;烧结多孔结构的强化换热能力大于非烧结的堆积床;直径的增大能提高水在多孔结构内的换热能力,但对空气而言在实验流量范围内无明显作用。     

多孔表面开槽影响池沸腾传热的实验研究

本文报道了开槽密度对R11在烧结多孔表面池沸腾换热性能影响的实验研究。观察发现,多孔表面开槽,让蒸汽从槽道逸出、液体从多孔区吸入到受热面,将增强池沸腾换热。沸腾特征可分为液体灌注、槽道起泡、底部蒸干三个区。对特定的多孔层,合理开槽可获得较好的换热效果。带槽道的多孔表面实验件与均匀多孔表面相比,在相同壁面过热度条件下,热流密度提高2～10倍,临界热流密度提高2～4倍。     

A Lattice Boltzmann Model for Fluid-Solid Coupling Heat Transfer in Fractal Porous Media

We report a lattice Boltzmann model that can be used to simulate fluid-solid coupling heat transfer in fractal porous media. A numerical simulation is conducted to investigate the temperature evolution under different ratios of thermal conductivity of solid matrix of porous media to that of fluid. The accordance of our simulation results with the solutions from the conventional CFD method indicates the feasibility and the reliability for the developed lattice Boltzmann model to reveal the phenomena and rules of fluid-solid coupling heat transfer in complex porous structures.     

多孔介质流动沸腾微观模型实验研究

多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。     

基于图象处理和傅里叶变换的三维多孔介质重构方法

本文基于傅里叶变换的截断高斯场方法的理论,通过从实际多孔介质二维切片的二元化图像中提取孔隙率和自相关函数来构造整个三维多孔结构.模拟结果显示通过傅里叶变换技术得到的随机过程确实满足高斯分布,且构造出的三维多孔结构的统计特性基本与二维切片类似,说明了该技术能够构造出符合要求的三维多孔介质,从而为进一步从孔隙尺度研究其内部传热传质过程奠定了基础.     

确定多孔介质流动参数的格子Boltzmann方法

本文采用D2Q9不可压缩Lattice-Boltzmann模型模拟了多孔介质中的流场,该模型从介观层次上描述了多孔介质孔隙中的流动特性,验证了Darcy定律,给出了一种计算渗透率的简便方法,本文还运用图像处理方法来构造多孔介质,该方法构造的二维多孔介质能较好地体现实际多孔介质的几何特征。     

Analytical Analysis of Heat Transfer and Entropy Generation in a Tube Filled with Double-Layer Porous Media

The heat transfer and entropy generation in a tube filled with double-layer porous media are analytically investigated. The wall of the tube is subjected to a constant heat flux. The Darcy-Brinkman model is utilized to describe the fluid flow, and the local thermal non-equilibrium model is employed to establish the energy equations. The solutions of the temperature and velocity distributions are analytically derived and validated in limiting case. The analytical solutions of the local and total entropy generation, as well as the Nusselt number, are further derived to analyze the performance of heat transfer and irreversibility of the tube. The influences of the Darcy number, the Biot number, the dimensionless interfacial radius, and the thermal conductivity ratio, on flow and heat transfer are discussed. The results indicate, for the first time, that the Nusselt number for the tube filled with double-layer porous media can be larger than that for the tube filled with single layer porous medium, while the total entropy generation rate for the tube filled with double-layer porous media can be less than that for the tube filled with single layer porous medium. And the dimensionless interfacial radius corresponding to the maximum value of the Nusselt number is different from that corresponding to the minimum value of the total entropy generation rate.     

多孔介质快速干燥过程热质耦合方程的代数显式解析解

对多孔介质快速干燥过程的传热与传质耦合方程组导出了两套代数显式解析特解。这些解首先可以作为计算传热传质学的标准解,用以检验数值计算的准确性、收敛性与稳定性等,还可以启发数值工作者改进计算技巧例如差分格式与网格生成技术等。当然,解析解还会有其相应的理论价值。