气孔分布特性对含水多孔介质气体扩散的影响

本文基于多孔介质的气孔分布特性,计算了多孔介质在含水状态下的扩散性能,并且比较了采用两种方式计算相对渗透率时的相对扩散性能。其结果表明,基于气孔分布的计算结果低于与气孔分布无关的计算结果。另外,疏水性含水多孔介质的扩散性能低于亲水性含水多孔介质的扩散性能,基于气孔分布计算含水多孔介质的气体扩散性能时,Wyllie公式并不适用。     

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。     

多孔介质中盐指现象的数值模拟

运用基于杂交网格的高精度数值方法研究了多孔介质中的盐指现象.该算法将基于边界拟合坐标下的高精度有限差分法和高精度的泊松方程快速求解器有效地结合在一起,从而达到提高整体的计算精度、计算效率和稳定性的目的.通过比较不同孔隙率的多孔介质对盐指对流的传热传质效应的影响,发现在标准孔隙率较低的多孔介质中,盐度扩散的速度明显比热扩散的速度快,盐指很快触及上下壁面,使得上下层的盐度梯度迅速减小,这是与非多孔介质具有明显差异之处. 关键词： 多孔介质 双扩散对流 盐指     

气体和气溶胶在多孔介质中迁移的数值模拟

为了研究多孔介质对气体和气溶胶的封闭能力,用数值方法模拟了气体和气溶胶在多孔介质中的迁移.考虑了渗透、吸附过滤、扩散、热传导等因素,在柱对称坐标下用双孔双渗模型进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.计算结果显示,多孔介质对气溶胶有较强的阻挡作用,模拟实验结果也证明了这一点.     

考虑弥散效应的多孔介质中超绝热燃烧的数值模拟

研究多孔介质内往复流动下的超绝热燃烧。一维模型包括气体输运、多孔介质固体的辐射、导热和气固两相间的对流换热。通过数值计算研究超绝热燃烧的形成、以及弥散效应、当量比和多孔介质材料本身对超绝热燃烧特性的影响。计算结果的有效性通过实验进行了验证并取得了相同的趋势。结果表明,组分弥散效应对气体温度分布和反应热影响很小;同一工况下,不考虑气体混合物的热弥散效应,会导致过高的气体温度计算值。同时,计算结果表明小孔径的多孔介质更有利于贫可燃极限的扩展,对30 ppi的多孔介质燃烧器,得到了当量比为0．092的可燃极限。     

多孔介质中气体水合物孔隙尺度分布特征

天然气水合物在沉积物中的分布规律对其勘探开发起着至关重要的作用。本文采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT),通过原位扫描气体水合物生成与分解各个阶段,研究了水合物在生成与分解过程中在多孔介质中的分布规律。实验结果表明,水合物在多孔介质中的生成位置主要受传热速度及气体扩散的影响,水合物分布呈现随机性;在分解过程中,热刺激法及降压法均导致水合物二次生成,前者可以促进水合物在多孔介质中的均匀分布,后者则使沉积物分布更加均匀。     

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。     

水流经垂直多孔介质同心套管的传热实验研究

本文报道了水向上流经垂直多孔介质同心套管混合对流的传热实验装置和进口段对流换热的实验结果.内装多孔介质的同心套管内热边界层的发展不同于空同心套管,多孔介质对流动的“扰动”明显地影响传热,在热边界层发展段的自然对流影响较大,且随着热边界层的发展其影响逐渐减小.     

多孔介质孔隙率对SOFC阳极管道化学/电化学反应与传递过程影响

固体氧化物燃料电池复合阳极管道由多孔层、燃料气体通道以及固体平板组成。在多孔层内部,存在着传热、多组分对流/扩散等多种传递过程,它们与CH_4的重整反应,CO、H_2的电化学反应耦合在一起,既受到设计参数,如孔隙率等的影响,同时对电池性能以及稳定性产生重要影响。编制了三维模拟程序,对阳极复合管道的化学反应以及气体流动、传热过程等进行了研究。研究结果显示,随着孔隙率的增大,在多孔层的较深区域内,重整与变换反应速度明显增加,受它的影响,H_2浓度与多孔层温度也相应提高。因此,在一定范围内提高多孔介质的孔隙率对阳极的各种传递过程与化学/电化学反应具有积极影响。     

非定常空气流场中污染气体的对流与粘性扩散

基于离散涡方法求得的非定常、不稳定空气流场，数值求解了污染气体在空气中的对流湍流扩散方程．两者在每一个时间步耦合，以求非定常对流项．考虑速度脉动，改进了扩散模式．用SF6作为示踪气体，进行了现场测量实验．测得了各测点的SF6浓度随时间的变化．实验结果与数值仿真进行了对比，两者吻合．     

气体在微孔介质中的等效扩散系数预测

本文通过数值模拟研究了微孔介质内部结构对气体等效扩散系数的影响。采用随机生成生长方法生成多孔介质的三维微观结构,使用高效的格子-Boltzmann方法求解扩散的控制方程,可预测微孔结构内气体的等效扩散系数。模拟结果表明:微孔材料的内部结构对多孔介质中气体扩散及等效扩散系数有显著影响。对于高孔隙率情况,基于Fick定律数值预测的气体等效扩散系数和实验结果吻合较好;对于部分饱和的颗粒状微孔介质,孔隙内液滴阻碍了气体的扩散路径,多孔介质的无量纲等效扩散系数与饱和度呈非线性关系。     

多孔介质中流体输运的孔尺度SPH模拟

本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法[1]对流体流过多孔介质的过程进行数值模拟,方法与程序用经典的Poiseuille流与多孔介质流动的Kozeny解进行了验证.PH进一步用于数值模拟跨膜流动,获得了跨膜流动中速度场随时间的演化过程.多孔膜孔径在1 靘到200 靘范围内,流体跨膜渗透速度的SPH结果与K-K方程的计算值吻合较好.文中还讨论了粒子数目与计算精度的关系.本文的计算结果表明SPH方法具有模拟多孔介质微流动的能力.     

颗粒有序堆积多孔介质对流换热实验研究

本文采用"瞬态单吹反问题研究方法"对颗粒有序堆积多孔介质内的强制对流换热进行了实验研究。详细研究了颗粒堆积方式变化对多孔介质内对流换热的影响,并对均匀与非均匀颗粒堆积多孔介质内的对流换热特性进行了对比分析。研究表明:通过对颗粒进行合理有序堆积,可以使相应多孔介质内的压降显著降低,其综合换热效率明显提高;通过拟合获得了颗粒有序堆积多孔介质内的宏观流动换热实验关联式,其形式与传统经验公式(Ergun公式和Wakao公式)一致,但部分模型参数值远低于传统经验公式。     

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。     

用非饱和三相孔弹模型研究浅层土壤中地震波的传播特性

研究浅层土壤中声波耦合的地震波的传播特性, 用于声波探雷技术的机理分析. 根据浅层土壤具有孔隙度和可压缩性的特点, 利用非饱和三相孔隙介质中的地震波模型, 研究了土壤孔隙度、含水饱和度等参数对地震波传播特性的影响. 计算结果显示: 在给定的参数条件下, 地震波的传播速度和衰减系数均随频率的增加而增加; 纵波的传播速度随孔隙度的增加而减小, 横波的传播速度随孔隙度的增加而增加; 地震波的传播特性随含水饱和度的增加变化比较复杂. 通过对计算结果与已发表实验结果的比较分析, 讨论了解析方法的可行性, 为声-地震耦合机理及其在声波探雷研究中的应用提供了一定的理论基础. 关键词： 声-地震耦合 地震波 孔隙度 声波探雷     

流体在微多孔介质内对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微多孔介质内部对流换热进行了实验研究,分析了不同颗粒直径下对流换热努谢尔特数随流量的变化.结果表明:当颗粒直径为200～40μm时,实验得到的对流换热努谢尔特数与已有研究结果符合很好;当颗粒直径为20μm和10 μm时,实验结果略小于已有研究结果,说明空气在微多孔介质中的对流换热需要考虑微尺度效应的影响.同时,根据实验结果给出了微多孔介质内对流换热努谢尔特数与雷诺数的经验关联式,并提出了考虑努森数的修正关联式.     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

多孔介质BISQ模型中的慢纵波

着重研究了多孔介质BISQ模型中慢纵波的基本特性.给出了BISQ模型下慢纵波速度 和衰减的低频近似公式.与Biot理论对比，BISQ模型中慢纵波的衰减随频率降低急剧增大， 且随喷射流长度的减小而增加；相速度随喷射流长度的减小而增加，其低频极限值不是零； 孔隙流体位移与固相骨架位移之比的幅值随喷射流长度的增加而减小，其相位特点与Biot模 型预测的不同；在流体与孔隙介质的边界上可产生更大的渗流.为对比，同时也给出快纵波 的行为.依据BISQ模型可推断：非黏滞流体饱和孔隙介质中不存在喷射流机理；BISQ模型中 关键词： 多孔介质 喷射流 慢纵波 动力协调     

多孔颗粒内气体传递反应双阶段描述

本文采用双阶段模型描述多孔颗粒与气体的传递反应。反应分为两个阶段:气体反应物在扩散进入颗粒内部同时与颗粒发生反应的第一阶段;形成产物层后,扩散和反应用双区域模型来描述的第二阶段。分析发现,蒂勒数是描述过程特性的重要参数,同时反映反应和扩散速度的影响,且与总阻力存在一定关系。利用TGA进行了脱硫反应实验,分析了反应温度、颗粒大小等对反应的影响,实验结果很好地证实了理论分析结论。