强化传递过程中场协同效应的机制及其控制

根据线性非平衡态热力学理论把传递过程中的流和力扩展为传递过程空间的流场和力场，通过各种场之间的恰当配合和相互作用强化传递过程定义为场协同。在线性非平衡热力学的流和力的唯象方程的基础上，本以热量和质量传递过程为例分析了传递过程中流场和力场之间的相互协同作用机制及其控制，提出了描述场之间作用的场协同因子，给出了传递过程强化的场协同分析的初步方法。     

锥形床亲和层析过程的场协同分析

为了对亲和层析过程的强化提供理论依据,应用非平衡热力学唯象理论,分析了该过程中温度场、化学势场及重力场等各种场之间的协同关系,以及各自场内不同分量之间的协同关系.得到了亲和层析过程的总熵变表达式,多场协同条件下质量通量和热量通量的唯象表达式以及相应的传质和传热系数.分析结果表明:重力场的存在,维持了体系的非平衡状态、保证了锥形床的稳定操作,避免了柱子堵塞及压密化.上流锥形床亲和层析在多场协同下,其传质、传热以及吸附反应相互影响,过程的最终传递方向将取决于各场之间综合作用的结果.     

外场协同强化扩散传质过程的唯象分析

根据非平衡热力学熵产生表达式中热力学力和流的定义，并结合不可逆过程中热力学力和流之间的因果关系，推导了热力学力和流之间的唯象表达式，由此分析得到：除化学势梯度及温度梯度(热扩散，Soret效应)能引起物质的扩散外，外场力也对物质扩散流产生贡献，其扩散传质流大小不仅与外场参量梯度大小及化学势梯度大小有关，还与它们的方向配合有关，即与外场同化学势场的配合有关，当外场梯度与化学势场梯度方向一致时，扩散传质流最大．     

射流冲击换热强化的场协同及热力学耦合

射流冲击换热具有广泛的工程应用背景,其垂直入射时的局部传热强化效应已得到了实验及数值方法验证.基于流动换热过程的热流散度方程,分别就固体壁面被加热及冷却两种情况,对射流冲击换热中传热及传质过程的交叉效应进行热力学分析.结果表明,射流冲击换热中蕴含了能量传递及转换过程的两种强化机制,即两个自发过程之间的场协同机制及一个自发过程与一个非自发过程之间的热力学耦合机制;无论加热壁面还是冷却壁面的情况下,当冲击流垂直壁面入射时,局部换热效果达到最优.揭示射流冲击换热强化的热力学机制,将为各种动力机械通过改变射流冲击叶片方式提高其能量传递转换效率提供理论基础.     

碳酸乙烯酯合成过程的反应吸收多场协同分析及数值模拟

为提高尿素醇解法合成碳酸乙烯酯的收率,通过在酯化反应进行的同时吸收副产物氨气来实现全过程的强化.首先针对磷酸溶液中NH3鼓泡吸收的具体过程进行了多场协同分析,获得了反应吸收耦合过程强化的理论依据;进而运用流体体积函数多相流模型对单个NH3气泡的化学吸收过程进行了数值模拟.结果表明:受气膜传质控制的NH3化学吸收,实质上是气流速度场和压力梯度场共同作用的结果,传质效率直接受两场协同度的影响,该协同数不仅取决于两场标量值的大小,也取决于它们的矢量夹角,当夹角为0°时,场协同数最大,相应地对流传质系数就越大.在鼓泡吸收过程中,气液两相的流动促使NH3气泡内部气流形成由中心向四周发散的微小涡流,气流流场向着与相界面附近的压力梯度场达到最优协同度的方向发展,最大化了场协同数,有利于强化传质.     

变压吸附(PSA)体系中的渗流问题

在对PSA系统中导致复杂渗流的各种因素进行分析的基础上,提出PSA系统中吸附剂骨架和流体之间的复杂相互作用表现为变化的应力场、温度场、渗流场和微观物理化学力场的相互耦合及吸附剂骨架的弹塑性形变对其施加的影响上.指出在PSA系统这类复杂的、非线性的渗流体系中渗流理论面临的一些困境及挑战.提出PSA分离过程是一个复杂的不可逆热力学传递过程,是由浓度梯度(化学势梯度)推动的传质过程、由温度梯度推动的热传导过程、由速率梯度推动的动量传递过程以及由这几种传递过程的相互耦合,加上吸附剂骨架形变的影响导致的综合结果,有望用不可逆热力学理论进行研究.     

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场.将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场.在此基础上,分析了液压阀在...     

颗粒团聚体在流场中的分散过程及力链演变

颗粒团聚体在加工过程中的分散效果直接影响了复合材料的综合性能.为研究颗粒团聚体在流场中的分散机理及动态细节,考虑颗粒间范德华力的作用,采用自主开发的三维颗粒离散元程序DEMix3D对分形结构团聚体在简单剪切流场中的变形和分散过程进行数值模拟,并分析团聚体在分散过程中细观结构的变化规律.研究发现:强弱力链交织形成了团聚体复杂的力链网络形态,强力链主要分布在力链网络内部,传递较大份额的流场作用力,弱力链传递小份额的流场作用力并充分分布在力链网络中;分散过程中团聚体力链结构的变化直接决定了颗粒的分散方式;当分散达到平衡状态时,碎片内的颗粒之间由于形成以强力链为主的紧密接触关系而不再分散.文中还根据碎片加权平均颗粒数的变化规律分析了流场强度对团聚体分散效果的影响.     

换热场协同理论的数值模拟

场协同理论把对流换热比拟为有内热源的导热问题 ,认为对流换热的强化不仅取决于流体的流动和流体的物性 ,还取决于流场与温度场的协同关系。该文在场协同理论指导下进行了强化换热的机理探讨 ,利用数值分析的方法 ,从分析流场与温度场的协同配合关系入手 ,研究等壁温和等热流两种边界条件下两无限大平板间流动的换热特点。研究结果表明 ,在两无限大平板通道的流动换热特性和流场与温度场的协同状况有密切关系 ,并揭示了在该流动中影响换热的主要当量源。有针对性提出强化换热的方向。场协同理论为强化换热技术的发展提供了理论依据     

二维凸肋通道中湍流动量与对流换热协同关系的分析

用数值计算的方法模拟了二维凸肋通道的流场和温度场，考察了不同肋高时充分发展湍流流动的热边界层中流体的温度梯度矢量与速度夹角对换热的影响，分析了二维加肋通道流的传热强化机理，提出了通过改变边界层来控制出纳感协同的方法，在湍流流场中进一步发展了场协同理论。