考虑吸附效应的多孔介质热风干燥研究

本文基于Whitaker体积平均理论建立了多孔介质热风干燥的理论模型,结合隐式有限差分法对其进行了离散求解,在处理方程的非线性效应时采用了预估-校正算法。模拟得到了湿含量随干燥时间的变化,并与文献中实验结果做了比较,二者吻合较好,验证了模型的可靠性。模拟了干燥过程中温度、液相饱和度等参数随干燥时间的变化,研究分析了固体骨架的吸附效应对干燥过程的影响。     

多孔介质干燥过程传热传质研究

一、过程分析及数学模型的建立 多孔介质的干燥过程一般可以分为三个阶段:预热阶段、恒速率干燥阶段和降速率干燥阶段.降速率干燥阶段通常又分为第一、第二降速率干燥阶段. 预热阶段一般很短,对过程影响不大,本文不考虑它的存在,只研究后面几个阶段. 根据本文的研究范围,对问题作如下简化: (1)被干燥材料存宏观结构上是统计均匀的,且在干燥过程中不发生体积变化.     

玉米籽粒的传质干燥模拟及实验分析

为了解干燥过程中玉米籽粒内部水分的扩散过程,优化干燥工艺参数,本文采用模拟研究和实验研究方法分析干燥过程中玉米籽粒内部水分分布随时间的变化规律。玉米籽粒由种皮、角质胚乳、粉质胚乳和胚四组分组成,四种组分水分扩散系数各不相同,本文分别假设玉米籽粒由单组分均质体和多组分非均质体组成,分别建立了玉米籽粒的干燥数学模型,利用COMSOL Multiphysics模块模拟研究了玉米籽粒内部的水分变化情况,并通过玉米籽粒的薄层干燥实验进行了实验验证。研究结果表明,建立的两个模型均可有效模拟玉米籽粒薄层干燥过程;80℃的模拟值与实验值的差异较70℃的小;玉米籽粒多组分模型精度优于单组分模型精度。     

原子尺寸对Lennard-Jones液体玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响

采用分子动力学模拟技术,通过对非高斯参数α_2(t)、粘度η等动力学参数的计算探究了原子尺寸对Lennard-Jones(LJ)液体在玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响.结果表明在玻璃转变温度T_g附近,原子尺寸越小,粘度值增加越显著,且粘度随温度的变化满足Vogel–Fulcher–Tammann (VFT)方程;β弛豫阶段的非高斯参数α_2(t)与时间的关系满足幂律函数,且随着原子尺寸的减小动力学不均匀性越来越明显.     

基于多尺度模型预测木材含水率和温度的变化

了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上三个耦合方程一两个水分扩散方程和一个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性,进行试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验,实验结果与模拟值比较,曲线吻合性较好,多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。最后对建立的多尺度模型进行理论分析,预测了干燥过程中各层温度的变化和分布,进一步验证模型的准确性。从不同尺度建立的木材热质转移数学模型,能较为准确的反映木材含水率的变化和空间分布情况,为干燥过程水分和温度分布的研究提供了一定的理论基础和参考价值。     

飞船返回舱气动热及烧蚀防热的不确定性初步研究

由于飞船返回舱的气动加热和热化学烧蚀是非常复杂的变化过程,许多参数很难测定,并且与材料制造工艺水平密切相关,目前使用的数据存在较大散布,需要研究这些不确定因素对防热效果的具体影响。本文数值模拟了炭化材料的烧蚀热响应过程,研究了气动加热及材料参数的不确定性对计算结果的影响,在对计算结果进行分析的基础上,定量地研究了这些不确定量对烧蚀防热影响大小,说明了防热材料的各物理量对烧蚀防热影响重要程度完全不同,应该对几个关键参数进行深入细致的研究。     

关于单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的研究

基于分子动力学模拟技术,采用非高斯参数α_2(t)来描述单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的变化.研究表明在β弛豫阶段,非高斯参数α_2(t)随时间的变化满足幂律函数,而非高斯参数峰值α_(max)和β弛豫时间τ_β与温度的关系均符合Arrhenius函数,且温度越接近玻璃转变温度T_g,体系的动力学不均匀性越明显.     

典型垃圾基元高温干燥过程的数值模拟

对典型城市生活垃圾基元在焚烧炉条件下的干燥过程进行模拟计算,分析其干燥特性.结果表明:垃圾基元干燥过程的升温主要集中在前半段.非生物质垃圾基元具有更易干燥的外边界特性.当考虑生物质垃圾基元的收缩特性时,计算误差比不考虑收缩特性的误差减小46.％.模拟结果与试验结果进行比较吻合较好.     

直接模拟中不同边界条件的实施及对沉降规律的影响

在牛顿流体中, 对颗粒在4种不同边界的垂直通道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 计算结果表明:通过计算区域随颗粒运动而移动构建的无限长通道能准确模拟颗粒自由下落到稳定沉降的发展过程; 周期性边界条件由于流场变化, 对颗粒沉降产生了影响, 不能模拟颗粒的自由沉降过程; 底部封闭边界适合模拟封闭容器内颗粒与固壁的相互作用过程, 若颗粒达到稳定沉降, 也能模拟无限长通道内的沉降过程; 流化边界适合模拟流化床内气固两相流动. 计算结果有助于更好地理解和使用不同边界条件. 关键词： 直接数值模拟 边界条件 沉降 任意拉格朗日-欧拉方法     

多组分粒子流化床半湿式烟气脱硫基础研究

本文提出了一种新型的应用多组分粒子流化床（MSFB）的半湿式烟气脱硫方法．在本研究阶段，对多组分粒子流化床的粒子流动特性、浆液的干燥特性、采用模拟烟气时的脱硫效率等进行了初步探讨，得到如下结果。（1）大、小粒子混合流化时，小粒子达到输送状态的时间有所延迟，稳定操作速度主要由大粒子的流化特性决定；（2）浆液的完整干燥过程分下落和床内两个阶段。浆液在床内的干燥过程中产生的蒸汽使粒子流化床膨胀，床层阻力下降；（3）采用CaCO3时，脱硫率可达80％以上．     

快速干燥过程中多孔介质内部湿分迁移机理的研究

本文对快速干燥过程中多孔介质内部湿分迁移机制进行了实验研究和理论分析。实验本体是一台Ｘ－６５０扫描电子显微镜;实验样品分别为大蒜;胡萝卜和土豆片。提出了压力梯度作用下的毛细管通道内的挤压流动是高强度干燥过程中湿分迁移的主要机理并对单毛细管通道内的挤压流动进行了理论分析。     

多孔介质体干燥过程中含水率分布的可视化研究

工业中应用广泛的食品干燥等干燥现象,多是含水多孔介质体的干燥。本文利用可视化实验,研究了含水多孔介质体的干燥现象。并利用实验拍摄的数字图像进行分析和含水率计算,提出干燥过程中含水率分布图像化的方法,并讨论了将此图像化方法应用于含水多孔介质体干燥的可行性。     

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。     

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.     

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。     

新型ECT传感器在燃烧检测中的应用研究

电容层析成像(ECT)是一项基于电容敏感原理的过程成像技术,是极具应用前景的多相流检测技术之一.本文提出了一种新型ECT传感器,该型传感器具有采集信号强、噪音小、结构稳定、有利于高温环境参数检测等优点.本文将该型传感器应用于多孔介质内火焰分布的检测,分析比较了不同燃气/空气流量、不同孔密度分布对燃烧特性的影响,验证了多孔介质内燃烧的优越性,同时证明了该型传感器应用于高温环境的参数检测是完全可行的.     

Fundamental solitons in discrete lattices with a delayed nonlinear response

The formation of unstaggered localized modes in dynamical lattices can be supported by the interplay of discreteness and nonlinearity with a finite relaxation time. In rapidly responding nonlinear media, on-site discrete solitons are stable, and their broad intersite counterparts are marginally stable, featuring a virtually vanishing real instability eigenvalue. The solitons become unstable in the case of the slowly relaxing nonlinearity. The character of the instability alters with the increase of the delay time, which leads to a change in the dynamics of unstable discrete solitons. They form robust localized breathers in rapidly relaxing media, and decay into oscillatory diffractive pattern in the lattices with a slow nonlinear response. Marginally stable solitons can freely move across the lattice.     

凝析气相变微观孔隙模型实验研究

凝析油气体系相平衡是在储层多孔介质中进行,多孔介质中凝析油气相变是凝析气藏开发研究者关注的主题。应用二维刻蚀玻璃微观孔隙模型,通过可视化技术,对凝析气微观气液两相相变特征进行了研究,并对多孔介质吸附和毛细凝聚对凝析气相变的影响进行了分析。     

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

Effect of a variable magnetic field on the instability of a stratified rotating fluid layer in porous medium

The instability of a stratified rotating fluid layer through porous medium in the presence of an inhomogeneous magnetic field is investigated. For exponentially varying density and magnetic field variations, an eigenvalue solution has been obtained. The dispersion relation is obtained and discussed for both the stable and unstable stratifications separately. It is found, for non-porous medium, that for the stable mode of disturbance, the system is always stable, and for the unstable mode of disturbance, it is stabilized only under a certain condition for the Alfvèn velocity, rotation and the stratification parameter. In the latter case, both rotation and magnetic field are found to have a stabilizing effect on the growth rate. In the presence of porous medium, it is found, for real growth rate n, that the inhomogeneous magnetic field has always a stabilizing effect on the considered system. It is found also, for complex growth rate n, that the system is stable for the stable stratification case, while it is stable or unstable for the unstable case under a certain wavenumbers range depending on the Alfvèn velocity and the stratification parameter. The presence of the magnetic field is found to stabilize a certain wavenumbers band, whereas the system was unstable for all wavenumbers in the absence of the magnetic field. Also, the presence of porous medium is found to hide the stabilizing effect played by rotation on the considered system for non-porous medium, i.e., rotation does not have any significant effect on the stability criterion in this case.