基于孔隙尺度的方腔内多孔介质融化模拟研究

由于单松弛(LBGK)格子Boltzmann模型在用反弹格式处理无滑移边界时存在缺陷。基于孔隙尺度,采用多松弛(MRT)格子Boltzmann模型研究封闭方腔内多孔介质的自然对流融化过程,其中,通过焓方法考虑相变潜热。分析了Rayleigh数和Prandtl数对融化的影响。结果表明:采用的多松弛模型能很好的预测导热和对流融化过程;多孔介质的导热融化界面不再与垂直壁面平行,自然对流融化界面呈现不规则形状;Rayleigh数和Prandtl数对多孔介质的融化有较大影响。     

格子-Boltzmann方法模拟多孔介质内自然对流蓄热过程

以在高温热量存储、太阳能利用和建筑节能中有着广泛应用的多孔蓄热装置为研究对象,基于格子-Boltzmann方法(LBM)的基本原理,建立表征体元尺度(REV)上多孔介质自然对流的热流耦合方程,对多孔介质区域内的定温加热过程进行数值计算,探索了蓄热装置工作效果与多孔介质材料和内部流体特性的关系。分析获得了多孔介质渗透率和工质热膨胀率增大对多孔介质蓄热的强化作用,以及强自然对流作用下温度场分布所出现的不均匀特性。     

多孔介质渗透系数数值模拟研究

利用ANSYS有限元程序模拟多孔介质孔隙特征和孔隙率对其渗透系数的影响,计算出不同孔隙率、孔径、孔喉比所对应的等效渗透系数,并用拟合数学方程评价孔隙率、孔径、孔喉比对渗透系数的影响程度.结果表明：多孔介质的等效渗透系数与孔隙率和平均孔径呈线性正相关关系,与孔喉比呈负相关关系.     

多孔介质内嵌热源引起的对流换热格子Boltzmann模拟

文中引入广义模型与能量方程来分别描述多孔介质内部的动量和热量传递,建立了底部嵌入矩形热源的二维多孔介质内自然对流的格子-Boltzmann(Lattice Boltzmann, LB)模型.通过和实验结果进行对比,验证了文中LB模型求解多孔介质内嵌热源引起的对流换热问题的正确性.系统地研究了Rayleigh数(Ra)、Darcy数(Da)和孔隙率ε等参数对多孔介质内温度场和流场的影响规律.研究结果表明：当Ra>10⁵时,Ra的增加能够提升多孔介质的整体对流换热强度;当Da>10^-5时,Da的增加能有效改善多孔介质内的流动换热情况;孔隙率的增加能够强化流动换热,但不会改变多孔介质的主导换热类型.     

多孔介质对室内有机挥发物扩散的影响

为了研究存在于多孔壁面的封闭腔体中温度、挥发性有机化合物( VOCs)质量浓度的分布特征,本文根据不可逆过程热力学基本原理,建立复合腔体内热质传递的数学模型.采用有限元数值计算方法对控制模型进行求解,得到不同达西数下复合腔体内流场、温度场和VOCs质量浓度场的分布特性.研究表明因多孔介质的存在,系统内的传热传质速度明显降低,而当多孔壁面的渗透率很低(相当于不可渗透壁面)时,传热传质速率降至最低.     

胶体类多孔介质微波对流干燥的研究

本文从胶体类多孔介质物料的特性出发，结合微波对流干燥的特点，应用集总参数法，提出了微波对流干燥过程的数学模型。通过数值计算，分析了微波功率、物料特征尺寸、对流介质参数等因素对干燥速率的影响，并以土豆作物料，进行了实验验证。     

多孔介质方腔自然对流的直接数值模拟

为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自然对流的传热主要是通过壁面附近热对流产生的环流.通过直接数值模拟研究发现：当保持Rayleigh数和固体体积分数不变时,随着模拟多孔介质的颗粒数目的增加,壁面平均Nusselt数随之减小,即传热效率降低,进一步的流场分析表明规则排列时最外排颗粒到壁面距离对于传热效率有重要的影响;当固体颗粒数目和体积分数相同时,颗粒随机布置在高Rayleigh数时比颗粒规则布置有更高的传热效率,而颗粒形状对于传热效率的影响则不大.     

含湿多孔介质对流干燥的不可逆热力学模型

采用不可逆热力学理论和方法,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程的数学模型,并采用ANSYS数值模拟软件进行了数值模拟。通过同已有实验结果的比较,验证了模型的准确性。该模型形式较为简单,考虑了多孔介质内部进行热湿迁移时温度场、浓度场和速度场三者的交叉耦合效应,对改进干燥工艺具有一定的实用价值。     

具有非线性吸收和对流项的多孔介质方程的一类Cauchy问题

本文研究同时具有非线性吸收和对流项的多孔介质方程以某Ｒ＾Ｎ中的Ｒａｄｏｎ测定为初始迹的Ｃａｕｃｈｙ问题广义解的存在性。     

多孔介质中有效孔扩散系数的试验测量

提出了通过实时测量扩散过程中多孔介质浮重变化,直接测定有效扩散系数的方法.首先建立了联系有效扩散系数和试件浮重变化的数学模型,并求出了该模型的解析解;利用非线性超定方程组优化求解的方法,结合问题的解析解和实测数据,反求出模型中的参数,有效扩散系数和边界层传质系数.用上述参数预测的试件浮重变化与实测浮重变化相差很小.表明该方法的实用性和可靠性.     

Investigation on the three-dimensional multiphase conjugate conduction problem inside porous wick with the lattice Boltzmann method

A lattice Boltzmann model is developed for investigating the heat conduction process inside the three-dimensional random porous media. Combined with the algorithm for the reconstruction of the three-dimensional porous media, this model is used to investigate the transient heat conduction process inside the porous wick of CPLs/LHPs, which is vital for analyzing the startup stability of a CPL/LHP. The temperature distribution inside the porous wick is obtained and the influence of the porosity and the heat lo...     

Transient pressure analysis in porous and fractured fractal reservoirs

Fluid flow in porous and fractured fractal reservoirs is studied in the paper. The basic formulae of seepage velocity, permeability and porosity in both porous and fractured fractal media are developed. The pressure diffusion equation of slightly compressible fluid in fractal reservoirs is derived. The analytical solutions of the transient pressure are given for the line-source well and the well with well-bore storage and skin factor. The typical curves of pressure and the derivative of pressure are established, along with the interpretation of the well-testing method via type-curve matching. In addition, 3-D pressure diffusion equations for anisotropic fractal media are given in both Cartesian coordinates and Cylindrical coordinates. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10672159, 10702069) and National Basic Research Program of China (“973”) (Grant No. 2006CB705805)     

孔隙裂隙介质多场耦合数值计算进展

对近年来提出的多场耦合数值方法展开梳理与总结,从简单的热-力两场弱耦合到复杂的热-水-气-化学多场强耦合,从连续体的多场耦合作用到连续-非连续体的多场耦合计算。按照场数量增多、耦合作用增强、连续到非连续的逻辑逐渐深入讨论。本研究对多场耦合数值计算今后的发展作了展望。     

Determination of permeability using fractal method for porous media

A theoretical formulation was developed to express permeability as a function of different fractal dimensions and other scales for porous media . The effective fractal void ratio, the spectral dimension and the fractal dimension of particle mass distribution were introduced. The permeabilities for different soils in China are calculated. The predicted permeability for rice soil was compared with the measured data available in literature.     

多孔催化颗粒积碳消除行为的孔隙尺度模拟

为明晰多孔催化颗粒消碳再生过程中微观孔隙结构与积碳分布特性之间的内在关系,基于格子玻尔兹曼方法、耦合固相更新方法构建消碳反应的孔隙尺度模型,研究孔隙尺度上积碳消除行为引起的孔隙结构的动态演变过程,分析气体稀薄效应下的消碳行为,评估不同孔径和消碳速率对消碳反应特性和传质特性的影响。结果表明：简单孔隙内积碳均匀分布条件下,消碳反应导致轴向产生扩张的孔隙结构,黏性流动的贡献更加显著;消碳过程减弱了气体稀薄效应,降低了传质速率和反应速率;“大孔”和“小孔”内均匀分布的积碳,更容易被均匀地消除,而“中孔”内积碳,入口效应更加显著;高气体稀薄效应和高反应速率下,消碳反应导致简单孔隙结构演变对黏性流动的促进作用比努森扩散更加显著;复杂的随机孔隙结构,同样存在入口效应,并且积碳消除会导致钟型孔径分布的均匀性增强。     

SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程

针对Eulerian和ALE(arbitrary lagriange eulerian)方法仿真研究磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程的局限性,提出采用SPH(smoothed particle hydrodynamics)耦合FEM(finite element method)的方法研究后混式磨料水射流喷嘴中低速磨料粒子在高速水射流作用下的流体动力学特性和磨粒加速后撞击靶材的全过程。水用SPH建模,磨料粒子、喷嘴和工件用FEM建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟后混式磨料水射流加工的全过程。仿真研究了磨粒和水在喷嘴中各自的速度变化过程;单磨粒在喷嘴中的运动轨迹;不同直径的磨料粒子在不同水压作用下的速度变化过程;不同直径的磨粒在不同直径的混合管中出口速度的变化规律;磨料粒子在工件上的撞击深度。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。