多孔介质中可逆化学反应和传质过程数值模拟

考虑到流体同固体骨架间的化学反应对多孔介质内的传递过程有很大影响,在导出微元体的综合速率表达式基础上,建立了描述当流体同固体骨架间存在可逆化学反应时多孔介质内传递过程的数学模型,运用有效容积隐式方法对其进行数值求解·针对固定床中铁矿石的间接还原反应,分析了流速、颗粒半径、化学反应平衡常数、化学反应速率等主要参数以及Peclet数和Thiele数的相对大小对床层内气体浓度分布和固体转化率分布的影响规律·研究结果对反应器的设计和运行具有一定的参考作用·     

多孔介质对流干燥过程数值模拟

为研究含湿毛细孔介质干燥过程的相变现象,建立了相变的传热传质数学模型.模型中以残余饱和度将多孔介质划分为湿区与干区,湿区和干区以“蒸发界面”动态边界相互耦合.用有限差分方法对多孔介质一维干燥过程进行了计算,数值解表明:干区是等速干燥与降速干燥的分界点;干燥初期多孔介质压力升高,温度下降;随后在等速干燥段温度分布保持不变,在出现干区时再度升高.干区出现的初期,蒸发界面向多孔介质内部推进的速度较慢,在到达介质厚度10%左右时出现转折,随后推进速度加快.     

突发高温下多孔介质的热质迁移模拟

对突发高温作用下多孔介质中发生的动态行为进行了考察。在干燥区采用温度、蒸汽压力和空气压力,在含湿区采用温度、饱和度和空气压力为独立变量来描述多孔介质的热质迁移过程。在数值方法上解决了模型的参数结构和计算速度问题。利用锡的浇铸实验,对模型进行了实验验证。结果表明,在误差允许的范围内,本模型与实验结果较好地相符。利用该数值模型对１０００℃下的开口二维干燥过程进行了模拟。结果表明,突发高温作用下温度的变化速度最快,饱和度的变化最慢,温度、压力、饱和度三者相互关联,综合起来反映了突发高温下传热传质的基本特征。     

考虑毛细滞后的末饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，彩用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论，并对方程中的热湿迁移特性系数进分析，为进一步发展确定热迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

含湿多孔介质传输机理模型系数的确定

从传输机制出发，建立了考虑胀缩效应的含湿多孔介质内部多种输运现象的机理模型，结合解吸等温特性与Ｋｅｌｖｉｎ方程，利用改进的Ｄａｒｃｙ定律推出了液相质传递系数等参数的数学表达式。还将一般分子扩散和Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散有机组合，应用改进的Ｆｉｃｋ定律，获得了气相质传递系数等参数的表达式。本模型中各参数物理意义明确，易于确定。     

多孔介质内自然对流传热传质研究

该文研究了含内热源圆柱形多孔介质内不均匀温度分布产生的浮力效应引起的自然对流。给出了以流函数表示的无量纲基本方程,用控制容积法对方程离散并进行了数值计算,得到了多孔介质内的流场、温度场和浓度场,讨论了瑞利数Ｒａ和刘易斯数Ｌｅ对多孔介质传热传质的影响。     

非饱和含湿多孔介质传热传质的渗流模型研究

综述了非饱和含湿多孔介质传热传质模型研究的发展。从多相渗流和扩散迁移机制出发建立以温度、压力和饱和度为基本变量的实用化三参数模型。该模型由一组描述水－汽质量守恒、空气质量守恒和能量守恒的非线性偏微分方程组成。利用该模型对埋管的热过程、砂土物性测量、毛细滞后现象、回湿过程、突发高温作用下多孔介质内部的传热传质过程和冻融过程进行了研究。为了模型的进一步应用,仍需对束缚水饱和度以下毛细压力与饱和度的关系、导热系数的影响因素及其获取方法、非饱和多孔介质传热传质的边界效应和滞后效应的物理机理等方面深入研究。非饱和多孔介质中溶质的运移更是一个饶有意义的研究课题。     

多孔介质传热传质研究的现状和展望

本文综述了国内外在多孔介质传热传质研究方面的现状，总结了我国近年来在多孔介质传热传质研究所取得的重要进展，展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势。     

多孔介质双分子反应溶质运移实验与模拟研究

多孔介质中化学作用对溶质运移具有重要影响.为了揭示反应性溶质运移机理,保持多孔介质不变,以胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠双分子化学反应为例,分别开展了非反应及反应条件下不同流速溶质运移实验和数值模拟研究.主要结论如下:①改进的反应性对流弥散模型能模拟双分子反应中溶质运移行为;模型可行,具有较高的精度;0.4mL/s和0.8mL/s流速下生成物峰值浓度相对误差分别为1.2%及0.8%.②利用对流弥散模型可以评估非反应物运移弥散系数,可为反应性溶质运移弥散系数识别提供技术参考.③随流量增大,模型参数m减小,而β0则增大;此外,同一物质在保持相同流量下,作为反应物出现时,其弥散系数略高于非反应物质的弥散系数,其作用机理有待进一步研究.     

多元流体油藏传热计算新模型

依据Bear提出的表征单元体概念,对含有多元流体的油层热量传递情况进行了计算,采用“三箱”分析方法,对油藏单元体的热量传递情况进行了简化。针对含多相流体油藏多孔介质多场耦合机理复杂、分析难度大等情况,提出了新的估算导热系数的“灰箱”分析模型并给出了对应的计算公式。最后,将所提出的模型与CMG（computer modelling group)软件结合,模拟了水平井注多元热流体工况,得到了地层的物性参数分布,并验证了所提出模型的可用性。     

铁矿石烧结过程传热传质数值模拟

铁矿石烧结是一个复杂的传热传质过程,包括各相之间的传热、水的蒸发与冷凝、碳燃烧、石灰石分解、矿石熔化与凝固以及气相反应等方面。通过对烧结过程进行研究,以多孔介质模型为基础,结合局部非热力学平衡的能量双方程模型、组分传输模型和烧结反应动力学模型,以FLUENT软件为计算平台,采用自定义标量（UDS）构建能量双方程模型,采用自定义功能（UDF）对能量方程、组分传输方程的源项进行修正和定义,建立铁矿石烧结过程传热传质的三维非稳态计算模型。利用该模型对烧结过程进行数值模拟,得到气、固温度以及主要烟气成分的分布,通过与测试值的对比来验证模型的可靠性。     

初始非饱和多孔物料对冷冻干燥影响理论分析

为提高过程的经济性,提出了液体物料初始非饱和冷冻干燥的技术思想.推导了冷冻干燥质、热耦合传递模型,模型采用了新的吸附-解吸平衡关系,并考虑了吸湿效应.控制方程用有限容积法进行数值求解.待干水溶液中的溶质选用典型的药物赋形剂———甘露醇.结果表明,初始非饱和多孔物料能够显著减少干燥时间,达到强化冷冻干燥的目的.随初始孔隙率ε0(1-S0)的不断增大,干燥时间逐渐缩短;在物料初始饱和度S0为0.30~0.35时,干燥时间达到最短.依据干燥过程中饱和度和温度的分布,分析了物料内部质、热传递机理和干燥速率控制因素.对有效质量扩散系数KS和有效导热系数λ+KTΔH的分析显示,随着冷冻干燥的进行,物料瞬时孔隙率ε0(1-S)不断增大,过程将由传质控制逐渐变为传热控制.     

热失稳对流问题的亚临界状态系统仿真

多孔介质流体系统的热失稳性与它的控制参数有很大的关系,这里首先通过微扰分析和对系统控制参数的数值计算,得到系统处于亚临界状态时的稳定性与控制参数之间的联系,然后对其进行数值仿真。     

空气滤清器的空气动力学仿真及优化

采用多孔介质模型,针对某空气滤清器及其管道的空气动力学特性开展数值模拟,分析空气滤清器及其管道的流动阻力损失和空气滤清器滤芯流动均匀性,并进一步研究采用插入管结构、内置挡板结构后的流动特性。研究结果表明:采用进气插入管结构有效地降低流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性,随着插入管长度的增加,流动均匀性呈现降低的趋势;采用挡板结构提高流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性。进气插入管入口采用斜截面结构流动阻力略有增加,但可以有效地提高滤芯流动均匀性。     

降膜结晶分离过程的数值分析

为了研究降膜结晶过程的相变耦合传热传质过程 ,在混合物理论和实验观察所得的结晶形态及形貌特征的基础上建立了描述降膜结晶过程动量、热量和质量传递的数值模拟模型。该模型的一个重要特点是认为在降膜结晶过程中在熔体液相区和固相区之间存在一薄厚不匀且不断变化的二相区。以二元透明有机熔体 (萘硫茚 )为例 ,针对实验单管降膜结晶器的实际降膜结晶过程动量、热量和质量传递过程进行了数值模拟 ,所得结果在未引入任何经验常数下 ,与实验结果符合较好     

多孔介质催化燃烧特性的数值分析

采用Deutschman甲烷/空气/铂氧化表面反应机理,气相反应采用GRI3.0机理,基于体积平均的双温度模型,对Pt催化的甲烷/空气在多孔介质燃烧器内的预混燃烧进行一维数值模拟,并与惰性多孔介质内预混燃烧结果进行比较.数值研究结果表明,有催化时,多孔介质内火焰面前移,且随着进口质量流率增大,火焰面前移更明显.催化使得多孔介质内温度分布更均匀,反应区内的最高温度亦低于惰性多孔介质过滤燃烧的最高值.催化剂的引入还可缩小燃烧器尺寸,有效降低污染物的排放.     

基于多孔介质模型的刷式密封泄漏流动特性研究

采用数值求解基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程技术，对刷式密封内泄漏流动特性进行了详细的数值研究．根据刷式密封的泄漏量试验数据，确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数．利用所确定的渗透率系数，数值计算和分析了7种压比和5种径向间隙条件下的某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态，并且与迷宫式密封进行了比较．结果表明：在相同的压比下，刷式密封的泄漏量小于迷宫式密封；压比影响刷式密封的泄漏量，但对泄漏流动形态的影响可以忽略；径向间隙不仅影响刷式密封的泄漏量，而且影响泄漏流动形态；在相同的径向间隙下，压比越大则泄漏量越大；在相同的压比条件下，径向间隙越小则泄漏量越小．研究工作可对刷式密封在汽轮机中的应用提供理论依据和技术参考．