随机四参数法生成多孔介质及渗流模拟

本文基于多孔介质内流动的广泛应用背景,模拟了多孔介质渗流。采用随机四参数生长法生成了多孔介质模型,并对模型中的微小固相进行了过滤处理。将随机四参数生长法生成的多孔介质结合格子玻尔兹曼方法D2Q9模型模拟了压力驱动的多孔介质中的渗流。通过将模拟结果与著名的CK理论公式的计算结果进行比较,发现在孔隙率高时误差较小(φ=0.9时,误差约为6%)。研究表明在高孔隙率时采用文中的方法得到的多孔介质渗透率及孔隙尺度的流动结果较为准确。     

组合式吸液芯内液汽相变过程的数值模拟

本文对高温热管吸液芯多孔介质内金属钠液的液汽相变过程进行了模拟研究,并采用流体体积分数模型和传质模型对此过程进行了数值分析.研究表明孔隙率和渗透率越大的组合式吸液芯多孔介质,热量在液态金属中的传递速率越快,进而可以增加高温热管的传热量,提高传热效率;但是孔隙率和渗透率越大,组合式吸液芯多孔介质加热壁面的温度分布越不均匀,产生沸腾传热极限的可能性亦越大.     

具有树形流道双孔隙率多孔介质渗流特性研究

设计具有合适孔道结构的吸附剂能有效提高吸附过程的效率。本文根据构形理论将树形流道嵌入到多孔介质基质中,构建了高渗透率的双孔隙率多孔介质。计算了树形流道内的无量纲压降分布、流道体积分数和渗透率随分叉级数的变化趋势。并利用双孔隙率多孔介质渗流模型计算了该多孔介质的有效渗透率。与并列直管道相比,树形流道在较大的分叉级数下具有更小的压降;树形流道的嵌入能够有效提高多孔介质的有效渗透率。     

大孔穴多孔介质内湍动特性研究

建立了用于过滤燃烧数值模拟的大孔穴多孔介质3-D均质网络模型。利用该模型研究了四组不同参数多孔介质内压力梯度与渗流速度之间的变化规律。数值模拟与实验结果吻合得很好。数值计算表明:相对于孔隙率,孔径亦即渗透率对压力梯度的影响更为显著;入口效应仅局限在距入口界面2～3个单元长度内,几何参数和渗流速度对其影响可以忽略;多孔介质的存在抑制了湍动能的发展,在受入口效应影响的区域,湍动能衰减得比较剧烈,之后变化趋缓,最终与耗散率形成动态平衡。     

双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟

对双层多孔介质燃烧器内丙烷/空气预混燃烧进行实验和数值研究.实验对多孔介质燃烧器内固体温度场分布进行测量分析;数值计算利用商业软件FLUENT6.2,通过添加用户自定义标量方程和用户自定义函数,对有壁面散热的双层多孔介质内预混燃烧进行了二维模拟,并与实验结果进行了比较.结果表明,双层多孔介质燃烧器具有良好的稳定燃烧范围和较低的污染物排放;壁面散热对多孔介质燃烧的影响不可忽视.     

基于多孔介质模型的40-T混合磁体CICC摩擦阻力特性分析

多孔介质理论被认为可能为CICC的热工水力特性提供理论支撑。通过多孔介质模型对40-T混合磁体外超导磁体的CICC导体进行分析计算,并用实验测量结果对渗透率、阻力系数、颗粒直径等参数进行修正,以探索CICC的多孔介质模型近似方法。     

多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用

本文详细讨论了多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用,开发了一套能自动生成多孔介质特性参数的通用程序。该程序主要基于三维交错网格及SIMPLE算法,然后运用该模型,采用改进的κ-ε模型和壁面函数法,对换热器壳侧的湍流流动进行了数值模拟。计算结果与换热器冷态实验结果符合良好,表明该模型和计算方法是切实可行的。     

用Lattice Boltzmann方法确定多孔介质的渗透率

应用７－Ｂｉｔ的正六角形格子的不可压缩Ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型，对多孔介质中的流动进行模拟，通过研究流量和压力梯度的关系，给出了Ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法模拟的Ｄａｒｃｙ定律。调节孔隙率，粘性系数等参数，给出了渗透率与这些参数的关系曲线。     

温室内多孔蓄热墙传热与流动特性

本文采用一维稳态饱和多孔介质能量双方程模型,对温室内多孔蓄热墙的传热与流动特性进行了研究.结果表明:多孔蓄热墙的固体骨架与空气之间的换热取决于空气的入口流速、多孔材料的孔隙率、渗透率和固体骨架的导热系数,由于多孔蓄热墙接受的太阳辐照是不均匀的,因此推荐采用具有不同孔隙率的新型复合多孔蓄热墙,以减少这种不利的影响.     

多孔介质强化池内沸腾换热特性

为探讨多孔介质对强化池内沸腾传热的机理,在38×3mm的容器内上,应用多相流VOF模型,耦合多孔介质流动与传热模型,通过添加用户自定义程序实现了对光滑和多孔加热壁面的池内沸腾传热过程进行数值模拟。数值模拟结果与实验结果相符合,所建立的数学模型为多孔介质的沸腾传热研究提供了依据。     

多孔介质内颗粒流动特性及其对传热影响的模拟研究

研究采用CFD-DEM方法结合DEM耦合对流与导热的传热模型,对三维不规则孔隙结构多孔介质内细颗粒与孔隙流体的流动及传热特性进行数值模拟。结果显示,颗粒在流体的裹挟下由静止逐渐加速,多孔介质内部温度场、瞬时流体速度大小及方向随着细颗粒与流体的充分混合及颗粒间的弹性碰撞而发生变化。低孔隙率下颗粒易发生沉积,运动轨迹缩短。小孔隙率加速了由热颗粒引起的热传递过程,孔隙内温度上升较快。随着孔隙率增大,颗粒瞬时轴向和径向速度增大,且流动主要沿轴向进行,大孔隙率下颗粒间法向和切向接触力及颗粒拟温度较低,且对单颗粒运动轨迹有显著影响。     

多孔介质有效热导率的一种新模型

多孔介质的有效热导率是各种保温材料、石油开采、土壤科学等工程应用领域的一个重要参数。本文利用分形理论及与热电模拟方法,提出了由一束平行正弦形收缩性弯曲毛细管组成的多孔介质有效热导率的一种新分形模型。结果表明,多孔介质有效热导率是固相热导率、气相热导率、多孔介质孔隙率、横截面积、最大平均孔隙半径、幅度波动因子的函数;多孔介质有效热导率分形模型理论预测值与实验测量数据进行对比,结果显示吻合很好;同时还分析了幅度波动因子及分形维数对多孔介质有效热导率的影响。     

非固结多孔介质干燥的双尺度孔道网络模型与模拟

以农产品颗粒物料中常见孔隙直径范围(10~(-4)～10~(-3) m)的非固结多孔介质为研究对象,运用孔道网络方法和传递过程原理等知识,建立了考虑骨架吸湿、汽相对流、温度梯度和孔道结构特征等因素对干燥过程影响的非固结多孔介质双尺度孔道网络干燥模型,并进行了相应的干燥实验.模拟与实验结果表明:该模型可有效模拟非固结多孔介质的干燥过程;非固结多孔介质的孔隙率、直径(包括粒径与孔径)分布对干燥的影响十分显著,孔隙率越大,物料干燥越快,达到相同湿含量干燥所需时间越短;直径分布的不均匀程度越高,干燥所需时间越长,物料湿含量分布的差异也越大。对于窄筛分农产品颗粒物料,进行干燥计算时可以采用同一直径分布代替实际分布.     

致密多孔介质中气体渗流的格子Boltzmann模拟

为了能用格子Boltzmann方法来正确地刻画致密多孔介质中微尺度流动问题,对单通道模型进行推广,并将其应用于孔隙群里气体渗流的数值模拟.通过对部分具有代表性的多孔介质中的实际流动问题进行模拟,研究渗透率与平均压力和Knudsen数之间的相互关系.基于理论分析及相关文献中的试验结果,验证模拟结果,为用格子Boltzmann方法深入研究气体渗流问题奠定基础.     

气体动理学格式模拟多孔介质流动的可行性

将气体动理学格式（GKS）拓展到模拟多孔介质内的低速渗流,并检验在孔隙尺度上模拟不可压缩低速流动的可行性与有效性.结果表明：GKS具有二阶空间精度,能够较精确地计算多孔介质的渗透率;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算渗透率.给出GKS模拟达西渗流的马赫数选取准则,为研究多孔介质流动提供新的工具.     

金属泡沫内固-液相变数值模拟研究

本文利用多孔介质的体积平均模型,建立了金属泡沫内固-液相变的两方程数学物理模型,该模型考虑了熔化液态石蜡自然对流的影响、石蜡与泡沫局部非热平衡效应。模拟研究了熔化过程中不同泡沫孔隙率下液态石蜡内部的速度场、相界面位置随时间的变化规律,通过研究石蜡温度场和泡沫温度场的差异,证实了采用两方程模型的必要性。     

分形多孔介质中流体流动的LBM模拟

基于分形理论构造了规则Sierpinski地毯结构来模拟多孔介质孔隙结构,采用Lattice Boltzmann Method(LBM)分别对不同孔隙率与进出口压差下的分形多孔介质中的流体流动进行了数值模拟.结果表明,分形多孔介质的某些流场结构也具有分形特征;体积流量和流场进出口压差呈线性关系,符合Darcy定律;流体穿过分形多孔介质的体积流量与孔隙率成指数函数关系.     

高温气冷堆堆芯球床的流动与换热分析

球床式高温气冷堆的堆芯堆积有大量的燃料球,具有多孔介质特征。本文利用计算流体力学商用软件ANSYS Fluent及其多孔介质模型模拟了球床内的流动与换热现象。通过高温气冷堆满功率稳态运行及失冷不失压事故工况的模拟,分析了球床的流场和温度场,并与高温气冷堆的热工设计计算结果对比,说明了计算流体力学软件及其多孔介质模型对于球床式高温气冷堆热工水力分析的适用性,为后续使用计算流体力学软件开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力学现象的分析奠定基础。     

泡沫陶瓷内火焰分布的ECT可视化研究

本文运用电容层析成像(ECT)方法,以非侵入的方式,对多孔介质燃烧中的火焰分布进行可视化测量.针对高孔隙率泡沫陶瓷(8PPI)的孔隙结构特点,提出了一种"十字架形"几何结构模型,用丁泡沫型多孔介质内甲烷-空气预混燃烧的二维数值模拟.ECT成像结果与数值模拟结果吻合,显示了两个不同学科信息的融合性和互验性.     

微细多孔介质中对流换热研究

本文对空气、氦气和二氧化碳流过微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为40～225μm,通过单吹法的实验方法进行瞬态实验,得到了多孔介质内部对流换热系数。数值模拟了气体流过微细多孔结构内部的对流换热的非稳态过程,得到多孔介质内部对流换热系数。数值结果与实验结果基本一致,并与已有结果基本吻合。