基于COMSOL Multiphysics数学模块的冻土水热耦合分析

多年冻土内部的水热过程是影响冻土区生态环境演变、干旱区水资源利用及地表工程结构稳定性的重要因素。然而传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和土体中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。以垂直土柱单向冻结实验为基础,通过COMSOL Multiphysics软件的数学模块实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和水分场偏微分方程的耦合求解,分析了冻土水分对流与温度变化的关系。结果表明:(1)COMSOL可以实现冻土水热参数、冰水相变潜热以及边界条件的灵活定义,容易实现水热两场耦合分析;(2)对于含水量较高的土体,水分对流传热作用不可忽略。     

Monte-Carlo方法研究生物组织内部的光能分布

由于光的无损性及其在光动力学中对于肿瘤的选择性杀伤 ,因此在医学诊断和治疗中光学方法具有良好的应用前景。全面了解光在高散射组织中的传播规律对于基础研究和临床应用都很重要。论文给出了在均匀或非均匀半无限大平板状生物组织中光分布的计算方法和仿真结果。结果表明 ,生物组织的光学性质强烈影响光在组织中的分布图案。若两个光源的位置取不同的安排 ,则会给出与之相应的、不同的光能分布图案。若在组织中存在一个肿瘤 ,大量光子将被其吸收 ,并且由检测器测得的能量会减小。结果表明Monte- Carlo仿真方法能提供对于探头结构设计和光源光强选择都十分有用的信息。     

皮肤组织光学参数的变化对漫反射率、吸收比和光能流率的影响

根据皮肤结构特点,构建皮肤组织四层结构模型,采用Monte Carlo方法模拟计算光在皮肤中分布及皮肤组织光学参数变化对光分布的影响.得到如下结论：光在皮肤组织中的光能流分布与入射光束的形状和光束宽度有关,高斯光束在组织中的吸收和光能流率峰值都较均匀平面光束的大,高斯光束的能量更加集中;光在皮肤内的吸收、反射和分布与光照射参数及皮肤的光学参数有关.对于多层结构皮肤组织,第一层组织光学参数对光分布的影响要大于其它各层,越深层的组织参数对光分布的影响越小;光能流率随组织的吸收和散射系数及厚度增大而减小,但在组织表面附近出现微小的上升,且在同一层面,光能流率沿光轴向和径向都逐渐减小;漫反射率随吸收系数、各层折射率、各向异性因子和组织厚度的增大而减小,随散射系数的增大而增大;吸收比随吸收系数、折射率、各向异性因子和厚度的增大而增大,随散射系数的增大而减小.     

面光源大直径光波导传播光能的计算方法

提出一种适用于光电传感器的面光源大直径光波导传播光能的物理模型和计算方法。在某些情况下，它比以往采用的、仅将光源看作是位于波导轴线上的点光源的简化模型更为合理，本方法对计算解决类似问题有一般性的意义。     

平面型混浊介质光反射四能流Kubelka-Munk模型

通过分析光在介质-空气和介质-表面粗糙基构成界面上和平面分层混浊介质中的反射、散射和吸收规律,提出了混浊介质中传输的光能流将由界面或混浊介质的定向反射和漫反射作用而产生的定向光能流和漫射光能流构成.考虑到这两种光流能量比率的动态转化规律,运用辐射传递理论和四能流光子流传输模式修正了经典二能流Kubelka-Munk模型,建立了四能流Kubelka-Munk模型.研究表明,由经典二能流Kubelka-Munk模型计算得出的色彩要比实际的色彩偏红.     

一侧颈动脉堵塞引起的体表非对称温度分布特征

将颈部简化为含大血管的圆柱形组织,对颈动脉血管和含微、小血管的颈部组织分别建立热平衡模型．通过有限元求解,研究颈部表面的温度分布与颈动脉流量、颈部组织的物性以及环境参数的关联性．最后,实验研究兔子在一侧颈动脉结扎后的颈部两侧体表温度差,初步验证传热模型的合理性．     

脑颅骨对光子传输影响的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法构建了光子在脑组织中的传输模型,该模型比较了未开颅和开颅下光子在小鼠脑组织中的传播,通过获得的光子轨迹、光能流率和光吸收能量密度以分析颅骨对光子传输的影响．仿真结果表明：开颅下光子轨迹运动范围更广,约为未开颅下的2倍．光吸收能量密度和光能流率的分布总体上是梭形的,其径向分布范围约为未开颅下的2倍;在深度方向,开颅后由于生理盐水和脑脊液的吸收和散射相对于颅骨较弱,到达脑部(灰质和白质)的剩余光子数是未开颅时的约6.35倍,光子能够到达脑部更深处．     

稠油油藏传热模型简化的研究

1.前言稠油开采往往是通过向油藏注入高温高压蒸汽。油层通过吸收蒸油带进来的能量使稠油的粘度降低,从而增加原油的流动性能,使原油得以较顺利地开采。因此,研究油藏传热机理对合理利用蒸汽、经济有效地开采稠油具有十分重要的现实意义。注入油藏中的蒸汽主要是用来提高油层的温度,为此,一个重要的问题就是减少热能损失。而热能损失主要表现在①地面输汽管道热损失(向大气中热扩散);②井筒热损失(向井筒周围地层岩石热扩散);③损失于油藏中盖层和底层的能量;④采油带出的能量。在采油开发方案中我们常常要求③,④部分损失的能量最少,以保证油层得到的能量最多。较为完整的反映油藏传热的模型是根据原油开采中质量、能量传递过程所满足的质量、能量守情景主程和热传导方程建立起来的。它是求解一个非线性偏微发方程组的初边值问题。而这样的模型计算往往是复杂的,并且常常是不稳定的。因此,从稠油开采的角度,若能给出透用性的传热简化模型,无疑对稠油开采的预测及模拟都有较现实的意义。2.模型的建立通过计算地面输蒸汽管道和井筒的热损失,我们可以给出蒸汽在油层中的常规物性参     

在复杂边值条件下非稳态肋片传热的最优化（Ⅰ）

研究了在辐射和对流同时作用下肋根温度作周期性变化时矩形肋片的传热特性．首先建立了在这种复杂边值条件下肋片传热的数学模型，导出相应的主控微分方程式，求解了经简化后方程的精确解，分析了肋片的温度分布随肋高、时间和毕渥准则数等因素变化的规律．     

内燃机缸内冷态湍流流动及传热的二维数值计算

阐述内燃机缸内冷态湍流流动和传热的一种二维数学模型，即用数值方法求解控制缸内气体流动和传热的一组偏微分方程组，得到缸内流场及温度场，进而求出壁面处温度的变化规律．计算是基于控制容积法，采用可在轴向伸缩变化的轴对称动坐标系．在压力较正方程和Ｋ－ε湍流模型中均考虑了流体的压缩性效应，旋流也作为因变量之一纳入了计算．对平顶及带凹坑的燃烧室的模拟计算结果与实验数据相吻合．