基于格子Boltzmann大密度比模型的多孔介质内气泡动力学行为数值模拟

基于格子Boltzmann两相流大密度模型，研究气泡穿过多孔介质的动力学行为。研究发现：当孔隙率较大时，气泡只变形不破裂，能完整地通过多孔介质；而孔隙率较小时，气泡变形更加剧烈且发生破裂，穿过多孔介质所需的时间更长。另外，当障碍物表面接触角（θ）较小时，气泡均能完整地通过多孔介质，随着接触角的增大，气泡开始发生破裂，且θ越大，气泡破裂越严重，通过多孔介质的气泡剩余质量越小。数值结果还表明随着Eotvos数（Eo）增大，表面张力所占比重减小，气泡破裂越严重，穿过多孔介质的气泡剩余质量越小。最后，对比发现，多孔介质润湿性对气泡剩余质量影响最大，其次是孔隙率，而Eo数的影响最小。     

气泡线性振动对含气泡水饱和多孔介质声传播的影响

为了研究孔隙水含少量气泡时多孔介质中波的传播,本文在Biot模型的基础上,将孔隙水中气泡的体积振动融合到多孔介质的孔隙流体渗流连续性方程中,从而得到了考虑气泡体积振动的孔隙流体渗流连续性方程.在此基础上,根据气泡线性振动下气泡瞬时半径和介质背景压力的关系,以及多孔介质运动方程和流体介质运动方程,导出了受气泡影响下多孔介质位移矢量波动方程,建立了非水饱和多孔介质声速频散和衰减预报模型.气泡的存在增大了孔隙水的压缩率,导致含气泡水饱和多孔介质声速的降低.当声波频率等于气泡的共振频率时,在声波激励下,介质呈现高频散,且孔隙水中的气泡产生共振,吸收截面达到最大,使得多孔介质的声衰减也达到最大.文中数值分析验证了上述结论,表明了气泡含量、大小和驱动声场频率是影响声波在含少量气泡的水饱和多孔介质中传播的主要因素.     

相变发汗冷却的数值模拟

以火箭发动机燃烧室相变发汗冷却为背景,对水在流过横截面为50mmxl0mm的铜管中充满直径为0．4mm孔隙率为0．31的不锈钢珠多孔介质时沸腾换热现象进行数值模拟。研究了重力角度、无重力条件下多孔介质的导热系数以及内部缺陷对沸腾换热的影响。结果表明,重力角度、多孔介质导热系数及内部缺陷均影响多孔介质中的沸腾换热：重力与...     

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。     

堆积多孔介质中流动沸腾换热的实验研究

为了研究堆积多孔介质中流动沸腾换热特性,以横截面积为10 mm×10 mm、长100mm的铜管中充满直径为0.4～1.0 mm、孔隙率为0.31～0.37的钢珠的多孔介质为对象,对水在流过此多孔介质时沸腾换热现象进行了研究,获得了流速、热流密度、粒径和加热方位等对换热性能影响的规律:随着流速的增大,沸腾换热系数增大;随着热流密度增大,沸腾换热系数降低;随着热流密度的变化,小颗粒多孔介质的壁面过热度的变化量比大颗粒多孔介质要大得多;从下表面加热比从上表面加热的壁面过热度要低,约2～3 K,更有利于沸腾换热。     

基于LBM的多孔介质/流体交界面滑移效应细观研究

本文采用格子Boltzmann方法对真实多孔介质复合腔体内的自然对流进行了研究,分析了在不同瑞利数Ra、多孔介质厚度δ和高度Y条件下交界面处的滑移效应的变化规律。利用X-CT技术对真实多孔介质材料进行断层扫描,通过Matlab对图片进行处理并导入格子Boltzmann模型中进行求解。计算结果表明:当0.1Y0.9,复合腔体交界面速度滑移系数α和应力跳跃系数β随高度Y基本保持不变,而在靠近上下壁面时(Y0.1和Y0.9)变化明显;在一定的高度处,α和β均随Ra数发生缓慢变化;多孔介质的厚度δ对α和β影响较小。     

基于REV的保温多孔材料传热“三箱”分析模型

保温材料广泛应用于建筑中的制冷与空调等领域,保温多孔介质材料的内部结构复杂无规律且孔隙分布具有不确定性,热质传递作用机理复杂多变,目前的分析方法和研究模型普适性差,对一些微观热质传递机理问题尚未提出解决方法。本文基于表征体元REV,建立了保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型。利用"三箱"模型对保温多孔介质材料传热过程进行分析,并给出各模型下多孔介质导热系数计算公式。基于保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型,对不同孔隙率、孔隙通道分布系数和迂曲度的硅酸钙材料进行了计算和模拟并研究了其对保温多孔介质材料导热系数的影响,总结出其变化规律。本文所做工作,不仅为保温多孔介质材料传热分析研究提供了新模型与新方法,在其他类型多孔材料研究中也有借鉴意义。     

多孔介质中甲烷预混气火焰传播特性实验研究

本文对甲烷预混气在多孔介质中的火焰传播特性进行了实验研究,在开口竖直管中充填多孔介质,通过改变预混气氧含量使火焰在不同多孔介质中传播并测量火焰传播速度。预混气中氧含量最高达到29％。实验结果表明:多孔介质中甲烷可燃预混气火焰传播速度大于其层流火焰传播速度,可达到5倍以上(当量比的甲烷-空气预混气);多孔介质当量孔直径越大,或预混气层流火焰速度越高,则预混气火焰传播速度越高;多孔介质中可燃混气的火焰传播界限变小,当量孔直径大的多孔介质其界限值较大。实验结果与Babkin提出的多孔介质中的火焰传播机理相符。     

多孔介质快速干燥过程中热质耦合效应的研究

本文针对一维多孔介质的第一类边界条件,对高强度快速干燥条件下热质交换的普遍微分方程组进行求解。研究了高强度快速干燥过程中多孔介质内部传热传质之间的相互耦合现象以及初始边界条件的变化对热质传递的影响,为多孔介质内部温度场和湿度场的控制奠定理论基础。     

多孔表面的液氮池沸腾实验研究

文中对颗粒烧结多孔表面和泡沫金属多孔表面上的液氮池沸腾换热特性进行了实验研究,并与光滑铜表面的试验结果进行了比较。结果表明,多孔表面成核条件更好,使得沸腾起始点相对于光滑表面提早;随着热流密度逐渐增大,气泡增多,且在多孔层内部连成一片,加热表面气泡离开受到多孔层的限制,热阻增加,换热系数大幅降低,整个沸腾进入表面沸腾阶段;多孔结构所产生的毛细抽力不断补充冷却流体,使表面沸腾能够持续较长时间,实验中未观测到临界热流密度现象。在实验基础上,文中描述了多孔表面不同池沸腾换热阶段的主要换热机理,并分析了流体工质、多孔层厚度、渗透系数、孔隙率等参数对多孔表面池沸腾换热的影响。     

微细多孔介质中对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为0．2 mm。通过“单吹法”的实验方法进行瞬态实验,并用两种不同的数据处理方法得到了多孔介质内部对流换热系数。数据处理方法1利用局部非热平衡能量方程,结合实验数据,数值求得了多孔介质内部对流换热系数。方法2利用实验数据直接求得内部对流换热系数。研究表明:用数据处理方法1得到的多孔介质内部对流换热系与用方法2得到的结果相差在10％以内,与已有结果基本吻合。     

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。     

多孔介质中超临界水渗流压降特性研究

流体在临界点附近参数区域,其黏性系数、比热容、导热系数、密度等热物理性质都会发生剧烈变化,因此超临界流体在多孔介质中的渗流特性较为复杂,常规流体多孔渗流压降特性规律能否适用有待于验证。以超临界水煤气化技术为代表的一系列高新技术的发展对多孔介质中超临流体的渗流特性的认识提出了更高的要求。本文考察了典型操作参数(温度300~450℃,压力22.7~25 MPa,流量0.8~3 kg.h~(-1))对多孔介质中超临界水渗流压降特性的影响。研究结果表明:Ergun公式在估算多孔介质中超临界水渗流压降的过程,黏性项被高估,惯性项被低估。本工作有望为超临界水煤气化技术中超临界水流化床的设计提供依据。     

考虑毛细滞后效应的未饱和含湿多孔介质传热和传质理论

毛细滞后是未饱和多孔介质中很重要的特性之一。在许多情况下，毛细滞后现象对介质中传热和传质过程有着显著的影响。本文引入最小梯度概念，用以描述多孔体中毛细水运动滞后的定量行为，进而建立了考虑毛细滞后效应的未饱和含温多孔介质传热和传质的系统理论，为进一步定量研究毛细滞后对传热传质的影响打下了理论基础。     

金属熔体中气泡形核的理论分析

引入界面接触角，考虑表面张力对气泡形貌的影响，以熔体中均质形核、夹杂物的平表面上异质形核和圆锥形凹坑内异质形核三种典型模型对气泡形核机理进行理论研究.研究发现，三种形核模型下具有相等的微米量级的气泡临界形核半径，并随气压的增大而减小.结果表明，用以制备藕状规则多孔金属的Gasar工艺中能够形成的最小气孔的直径为微米量级(0.1—1.0 MPa气压).在圆锥形凹坑内异质形核时存在最佳圆锥顶角(对应最小气泡体积)，其值与气压无关，只随接触角的增大而增大.在接触角处于90°—180°范围内，最佳圆锥顶角下圆锥形 关键词： 气泡 形核 多孔金属 Gasar     

多孔介质通道的分形随机行走描述

多孔介质中的输运过程,如导热、渗流过程,关注的是热量从高温壁面穿过介质到达低温壁面、流体从多孔介质的边界沿孔隙流到另外一端的过程。此类现象可归结为载流子在多孔介质通道(基质或孔隙)中沿外部势差方向的运动过程。多孔介质通道具有分形特征,可以采用分形维数来描述其通道的通透性。本文基于现象的相似性特征,提出并发展了粒子在多孔介质中的方向随机行走模型,用粒子在基质中的方向随机行走过程来模拟真实的热流传输过程;根据分形统计规律得到粒子方向随机行走分形谱维数,并用其描述基质结构的连通性和方向性。研究结果表明,在孔隙率相同情况下,粒子在基质中的方向随机行走分形谱维数与有效导热系数大小有相同的变化趋势。     

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。     

边界条件局部变化对二维发汗冷却的影响

本文通过对发汗冷却的多孔区域进行二维非热平衡数值模拟,研究了多孔介质区域进口处对流换热系数、冷却剂流量局部降低以及多孔介质受热表面热流密度局部增大对青铜、陶瓷两种不同多孔材料的温度场的影响。计算结果表明,冷却剂在进口处与多孔壁面对流换热系数的增大使多孔介质内部趋向于热平衡;热端壁面对流换热系数、冷却剂流量的局部变化对陶瓷多孔壁面在该局部区域的影响要大于青铜多孔壁面,但青铜多孔壁面受影响的区域更大,而冷却剂流量的局部降低对两种材料固体、流体间温差的影响程度基本一致。     

孔隙率及晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理研究

采用添加造孔剂的方法制备多孔锆钛酸铅(PZT)陶瓷，并研究了孔隙率和晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理.研究表明：孔隙率的增加降低了多孔PZT陶瓷的介电常数，提高了静水压优值，并证明在一定条件下孔隙率与介电常数关系可由Okazaki经验公式及Banno模型预测；晶粒尺寸增加，多孔PZT陶瓷的介电常数、压电系数和优值增加，并可用Okazaki空间电荷理论解释晶粒尺寸对试样介电和压电性能的影响.对于添加重量百分数为10%造孔剂的多孔PZT陶瓷，当烧结温度为1300℃时，孔隙率为34%，d关键词： 多孔PZT陶瓷 静水压优值 压电性能 介电性能     

声空化物理化学综合法制备发光多孔硅薄膜的微结构与发光特性

声空化所引发的特殊的物理、化学环境为制备高效发光的多孔硅薄膜提供了一条重要的途径.实验结果表明，声化学处理对于改善多孔硅的微结构，提高发光效率和发光稳定性都是一项非常有效的技术.超声波加强阳极电化学腐蚀制备发光多孔硅薄膜，比目前通用的常规方法制备的样品显示出更优良的性质.这种超声的化学效应源于声空化，即腐蚀液中气泡的形成、生长和急剧崩溃，在多孔硅的腐蚀过程中，孔中的氢气泡，由于超声波的作用增加了逸出比率和塌缩，有利于孔沿垂直方向的腐蚀. 关键词： 声空化方法 微结构 发光特性 多孔硅