氧化硅纳米多孔材料表面的水蒸气吸附动力学研究

采用称重法对氧化硅纳米多孔材料在温湿环境中的水蒸气吸附规律进行了实验研究.在25℃分别测定了不同孔隙率的材料在水蒸气相对蒸汽压为0.3～0.9范围内的吸附动力学曲线.分别采用不同的多层吸附等温式对材料的吸附等温线进行拟合,提出了一种双指数衰减动力学吸附模型方程,并和准一/二级动力学吸附模型一起对实验结果进行了拟合.结果表明:Redlich-Peterson、Fritz-Schlünder吸附等温式和BET多层吸附模型的拟合相关系数较大;BET多层吸附模型的拟合参数可给出单层饱和吸附量和吸附层数,吸附等温线由单层到多层存在临界点,具有明显的物理意义;氧化硅纳米多孔材料对湿空气中水蒸气的动态吸附过程可由双指数衰减模型来描述,与实验数据的相关系数在0.99以上,在整个吸附过程中均与实验数据拟合良好.     

轴向旋转通道内浮升力对湍流影响的直接模拟

采用直接数值模拟方法对绕截面中心轴旋转的方通道内的充分发展湍流进行了数值模拟,湍流雷诺数和普朗特数分别为400和0.71.为了分析浮升力对流体运动的影响,给出了不同格拉晓芙数Gr下的主流平均速度场、温度场、二次流、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量的分布情况,并对旋转效应的稳定与否以及由此对湍流统计量的影响进行了分析.结果表明:旋转效应稳定的区域湍流受到抑制,旋转效应不稳定的区域湍流增强,随Gr的增加旋转效应稳定性变得更加复杂;浮升力对流场和温度场有明显的影响,随Gr的增加影响更加明显.     

矩形通道内具有Rayleigh-Benard对流的湍流换热大涡模拟

基于动态Smagorinsky涡黏模型对矩形通道截面内具有Rayleigh-Benard对流的湍流充分流动和换热问题进行了大涡模拟研究,分析了浮升力对管道截面的平均速度、温度分布以及雷诺应力的影响.湍流雷诺数为400,格拉晓夫数从105变化到107.研究结果表明:随着格拉晓夫数的增大,浮升力增强,通道内平均速度减小;亚格子黏性系数明显增大,湍流强度增强,换热也明显增强;由于浮升力的存在,在高温壁面附近,主流湍动能减小,展向湍流强度大大增强;初始条件对平均速度及温度的分布有一定的影响,但对平均的阻力系数及换热系数没有影响.     

周期性三对角阵方法与反复迭代法的比较

用三维圆柱坐标同位网格方法求解环形空间中的自然对流,用周期性三对角阵（ＣＴＤＭＡ）方法求解所形成的代数方程。同时,对圆周角方向的周期性用反复迭代方式来实现的方法提出限一种实施边界条件处理的方法,并比较了采用ＣＴＤＭＡ方法与采用反复迭代法的收敛速度。对环形空间内对流换热的计算表明,采用ＣＴＤＭＡ方法比采用反复迭代法收敛要快得多。     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

稳定性可保证二阶格式在多重网格中的有效性和经济性

基于一种稳定性可保证的二阶差分格式（SGSD），对SIMPLE算法实施了完全多重网格循环以加速外迭代的收敛．采用规正变量的方法实施了SGSD．通过对二维顶盖驱动流动的计算，分析了多重网格在SIMPLE算法中的收敛特性．计算结果表明：SGSD格式具有与其他高阶格式及高阶组合格式相同的计算精度，且收敛速度优于其他高阶格式，在雷诺数较高时（Re=3000），其收敛速度是二阶迎风格式的1．77倍，是QUICK格式的1．37陪，同时在疏密网格层次上均可以保证计算的稳定性；采用多重网格加速SIMPLE算法的迭代时，不仅要考虑多重网格的循环方式，还要考虑对流项的离散格式，在计算中SGSD格式具有明显的优势。     

混合气体在典型多孔介质内扩散过程的数值模拟

为研究孔径大小对扩散过程的影响及组分之间在扩散过程中的相互作用,采用Maxwell-Stefan模型对混合气体在典型多孔介质内的扩散过程进行了数值模拟.首先引用前人的实验结果验证了该模型及数值方法的可靠性.在此基础上,采用该模型研究了孔径大小对CH4/Ar二元混合气体在多孔介质内扩散过程的影响,以及CH4/Ar/H2三元混合气体在多孔介质内扩散过程中各组分之间的相互作用.研究表明:当孔半径小于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程随孔半径的增大而加快,当孔半径大于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程不受孔半径的影响;当不同组分之间的相互拖带作用大于自身的浓度梯度作用时,可能产生逆向扩散、局部压力回升现象;小分子较大分子扩散得快;Maxwell-Stefan模型能够有效地模拟多元混合气体的扩散过程.     

旋转对平板通道内湍流流动和换热影响的直接模拟

直接模拟了展向旋转数等于0~15时平板通道内的湍流流动和换热,分析了科氏力对湍流平均特性、湍流统计特性、雷诺应力输运和湍流结构的影响.采用有限差分法离散非稳态N S方程,湍流雷诺数和普朗特数分别为150和0 71,网格数为64×128×64.计算结果表明,随着旋转数的增加,压力面附近湍流强度增大,换热增强,而吸力面附近换热减小.雷诺应力输运方程中的旋转项在各应力中的能量分配作用远大于压力分配项,且旋转项使得雷诺应力输运方程的各项分布和相对关系发生了较大的变化.由于科氏力的作用,压力面附近的条带间距减小,条带变细、变短,而吸力面流动脉动衰减,有层流化的趋势.     

旋转矩形通道内湍流流动与换热的直接数值模拟

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.     

浮升力在竖直通道湍流中的作用

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:与强迫对流时相比,混合对流时浮升力作用使高温侧的平均速度升高,速度脉动强度降低,而低温侧的平均速度降低,速度脉动强度升高;浮升力使温度脉动强度在壁面附近区域显著增强,而在通道中心区域变弱.与强迫对流和混合对流的情况相比,自然对流的平均速度分布关于通道中心线反对称,通道中间区域的速度脉动强度最大,温度脉动强度则最小;雷诺应力最大值出现在通道中心区域,而负的雷诺应力产生在壁面附近.