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.     

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.     

环境温度和湿度对96-Al2O3陶瓷电阻率的影响

采用无压烧结技术,以0.25wt;CaO、1wt;MgO、2.75wt;SiO2为添加剂,在1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃下烧结制备了Al2O3陶瓷,分别在150~400 ℃温度范围内和40;~100;的相对湿度环境下,对Al2O3陶瓷的直流电阻率进行检测.样品的相组成和显微结构通过X-ray衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征.结果表明,环境温度由150 ℃上升到400 ℃,样品的直流电阻率降低了约2~2.5个数量级;环境相对湿度从40;上升到100;,样品的直流电阻下降了约3~4个数量级.在相同测试条件下,1500 ℃烧结的Al2O3陶瓷样品由于小的晶粒尺寸和高的孔隙率,从而导致其具有更高的电阻率.     

基于巴西盘试验的海冰拉伸强度研究

海冰拉伸强度是其基本力学性能之一, 同时也是冰区船舶与海洋工程结构设计所需的重要参数. 对于脆性材料的拉伸强度测试, 巴西盘劈裂试验相比单轴拉伸试验在试样制备与加载上具有明显的优势. 为研究海冰的拉伸强度特征, 对渤海辽东湾沿岸的粒状冰开展了系统的巴西盘劈裂试验研究. 在加载过程中与试样破坏后, 分别对加载横梁的位移与加载力以及试样最终破坏模式进行了记录. 同时, 对试样的冰晶结构、盐度、温度以及密度进行了测量. 通过改变加载速率、试样厚度与试样温度以研究不同参数对试验结果的影响. 针对传统试验中试样的刚体假设, 考虑了试样变形对应力状态的影响并将其引入了理论模型. 试验过程中所有海冰试样均以劈裂模式破坏. 试验结果表明, 加载速率与试样厚度对拉伸强度的影响并不显著, 但孔隙率的影响较为明显. 当孔隙率由75‰降低至10‰时,拉伸强度由1.0 MPa升高至2.8 MPa. 与单轴拉伸试验所测得数据对比, 巴西盘劈裂试验所得到的拉伸强度随孔隙率的变化趋势相一致. 但该方法所得到的粒状冰拉伸强度要高于预期结果. 试验表明巴西盘劈裂试验中海冰试样的破坏模式与试验结果均较为合理, 可成为海冰拉伸强度的有效测试方法.      

航空铝合金力学与电化学耦合点蚀损伤模型研究

点蚀是航空铝合金材料在服役环境下常见的损伤形式,点蚀损伤会导致材料性能的下降, 严重地威胁着结构的承载能力。作为承力构件,航空铝合金不仅承受环境腐蚀的作用,还承受应力作用。论文根据点蚀基本原理,引入细观损伤变量孔隙率,考虑力学化学效应,建立了点蚀损伤弹性模量计算模型。使用2219铝合金,进行加速腐蚀试验和单向拉伸试验,利用显微扫描技术研究了点蚀坑深度随时间和载荷的变化,并对腐蚀后试验件的损伤宏观形貌进行观察分析。根据拉伸实验结果,对模型的正确性进行验证。模型计算与实验结果的对比证明了本文方法的可行性与正确性。     

含孔隙变厚度FG圆板的湿热力学响应

功能梯度材料(functionally graded materials, FGM)是组份含量按特定方向连续变化的非均匀复合材料,可有效解决传统复合材料组份之间结合能力弱和不同组份性能难以协调等问题,达到诸如缓和应力集中和优化应力分布等效果,使整体材料在保持细观结构完整性的同时充分发挥各组份材料的性能优势.由于制备技术等原因或出于特殊功能的需要,微孔或孔隙是各类型FGM中的常见缺陷.从细观结构上看,多孔FGM中的孔隙包含了单一组份内的材料孔隙和组份微粒间的结构间隙,这些孔隙将对FGM的力学性能,尤其是在湿热环境下的力学行为产生影响.本文考虑FGM中的两类细观孔隙(材料孔隙和结构孔隙),提出了令各类孔隙依赖于各自组份变化,再线性叠加得到的整体孔隙计算式.考虑组份材料和孔隙填充物(液相水和水蒸气)性质的温度相关性,建立了湿热相关FGM材料模型.针对厚度沿径向变化的旋转圆板结构,应用该FGM材料模型,推导了圆板的非线性稳态湿热控制方程及考虑湿热弹性本构的位移控制方程,采用微分求积法(differential quadrature method,DQM),获得了圆板的湿热场、位移场和应力分布.在数值算例中,利用退化模型的解析解对本文的数值计算方法进行了验证,继而通过改变各关键参数,讨论了两类孔隙率、梯度指数和圆板厚度变化对含孔隙FGM变厚度旋转圆板湿热力学响应的影响规律.      

孔隙率和渗透率对LHP主芯性能影响研究

毛细多孔芯的结构参数对环路热管(LHP)主芯中的流动和传热有着重要影响.通过发展一个综合考虑了热传导、对流和蒸发多种传热效应的模型,以及利用数值模拟易于独立改变参数的特点,研究了孔隙率和渗透率这对参数组合对LHP主芯内部流场和性能的影响.模拟结果在一定范围内是合理的,且对于LHP实验研究和工程应用具有一定的参考意义.     

Ca(OH)2/CaO热化学储能过程中变孔隙率影响的多物理场耦合数值模拟研究

基于Ca(OH)₂/CaO的热化学储能体系在实验中均表现出孔隙结构的显著变化，而该现象在已有的大多数数值模拟研究中并未被考虑。本文针对该现象建立了变孔隙率反应动力学模型及非稳态“流动–传热–化学反应”耦合模型，并基于此对直接、间接传热式固定床反应器中Ca(OH)₂/CaO的定/变孔隙率脱水反应过程特征参数(反应渗透率、压力、温度、反应速率及转化率等)变化进行了对比模拟研究。结果表明：定孔隙率模型与变孔隙率模型之间有明显的差异，且变孔隙率模型更能体现实际反应过程的特征。以初始孔隙率为0.8的工况为例，定孔隙率假设在直接传热式反应器中的转化速率比变孔隙率模型快19.8%，而在间接传热式反应器中转化速率比变孔隙率慢6.1%。说明以往研究中使用的定孔隙率假设高估了直接传热式反应器的性能，而低估了间接传热式反应器的性能。