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多孔介质中化学—热—水力—力学耦合分析与混合元方法

近年来,非饱和多孔介质的热—水力—力学耦合行为的研究引起了工程界的广泛的注意。人们已经投入了很大的精力来进行多孔介质瞬态THM耦合行为的定量研究。本论文致力于这个课题的三方面的工作:1)建立了求解多孔介质中化学—热—水力—力学耦合行为的数学模型;2)发展了这个数学模型初值、边值问题的混合元方法的数值解法;3)建立多孔介质中的化学—热—水力—力学(CTHM)耦合本构模型。这个数学模型由一组偏微分方程组成:包括孔隙水、孔隙气的质量守恒方程;混溶于孔隙流体中的化学污染物的质量守恒方程;热量守恒方程和多孔介质混合物的总体动量守恒方程。为了模拟混溶污染物在非饱和多孔介质中的传输,模型中包含了污染物传输的六种控制机制:对流、分子弥散、机械逸散、吸附、降解、不动水效应。采用有限元法求解数学模型的初值、边值问题。考虑到化学污染物质量守恒方程在物理上的对流—扩散的特性和数学上的非自伴随和双曲线的特性,采用交错算法进行求解,即:对化学污染物的质量守  (本文共193页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

多孔介质内往复流动下超绝热燃烧的实验和数值模拟研究

预混合气体在多孔介质内往复流动下的超绝热燃烧(RSCP)是一项先进的燃烧技术,它以其高效、低污染的优越性正在引起人们的关注。本文对RSCP系统的燃烧及排放特性进行了实验研究、数值模拟和理论分析,主要开展了如下几方面的工作:1.自行设计建成了RSCP实验台,它由泡沫陶瓷燃烧器、电磁阀控制的周期换向的进排气管路系统和测量系统组成。用热电偶直接测温法和非红外热像仪测量温度,用气体分析仪测量燃气成分。在各种工况参数下,对多孔介质内轴向温度分布以及NO、CO和CO_2气体等污染物排放的浓度进行了系统测量。在实验基础上对RSCP系统燃烧过程轴向温度分布特点、扩延可燃极限、降低污染排放机理及各物理参数对燃烧特性和污染物排放的影响进行了分析,总结出了各工况参数对其燃烧特性及污染物排放影响的规律。2.分别建成了RSCP系统一维气、固两相局部热非平衡双温度和热平衡单温度数学模型,对各种工况下燃烧室内轴向温度分布进行了数值模拟。数值计算结果同实验结果...  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

稀薄预混气体在多孔介质中超绝热燃烧的研究

多孔介质具有很大的比表面积、良好的蓄热和换热性能,可以在燃烧技术中发挥重要作用。与自由空间中的传统预混合燃烧相比,多孔介质中的预混合燃烧在降低污染性尾气排放、扩展可燃极限、提高热效率、辐射热输出和节约能量等方面具有显著优越性。预混合气体在多孔介质中往复式流动下的超绝热燃烧(以后简称为RSCP)是一种全新的多孔介质预混合燃烧技术,由于嵌入了往复流动换向装置,RSCP燃烧器不仅具有混合气单向流动多孔介质燃烧器的优点和特点,还有一些更有吸引力的燃烧特性。本文通过理论分析、数值计算和实验观测,对RSCP技术进行了较为全面的研究,主要完成了如下几个方面的工作:1.从“容积平均”假设出发,在前人的理论基础上,借助流体力学的基本原理,通过严密的数学分析,推导出一套气体反应流在各向同性多孔介质中的体积平均输运方程。该方程组简洁直观,通用性强,可直接应用于模拟不同条件下的混合气在惰性多孔介质中的流动和反应过程,由于模型中考虑了气、固两相局部非热平...  (本文共139页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究

为缓解能源结构不合理造成的环境污染问题,我国加快了天然气的使用力度,发展高效、低污染排放的天然气燃烧技术具有非常重要的现实意义。气体燃料在惰性多孔介质中的燃烧技术在很多方面体现出了其优越性,成为近年来燃烧领域的研究重点之一。本文以实现高效、稳定燃烧和低污染物排放为目标,研究了多孔介质猝熄直径、孔径、厚度等参数对均匀多孔介质(HPM)中燃烧特性的影响规律;提出了渐变型多孔介质(GVPM)结构优化的设计构想,研究了气体燃料在渐变型多孔介质中的燃烧和流动特性。对均匀多孔介质中预混火焰的猝熄效应进行了试验研究,发现多孔介质的猝熄直径是多个参数的复杂函数,与混合气体流速、层流火焰传播速度、燃烧室管流雷诺数、预混气体导温系数、当量比、多孔介质固体温度有关。采用孔径由小到大逐渐变化排列的渐变型多孔介质,可以扩大多孔介质内火焰的猝熄范围,增强燃烧的稳定性。对均匀型多孔介质中的燃烧稳定性进行了试验研究,得到了均匀多孔介质中回火、脱火或熄火的当量比...  (本文共205页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究

伴随相变发生的多孔介质多相流动的热质传输问题近年来出现在许多科学和工程技术领域中,包括土壤学,石油储油工业,地下水去污工程,热管技术,干燥工艺,颗粒材料处理,涓流反应器以及地热储工业等。多年来,传统的多孔介质中的多相流模型都是基于一般化的达西定律。但是,达西定律仅适用于雷利数较小的流动过程,其次,这种繁杂的模型在用于多相流的流动传输过程分析时,计算量大大增加。本文的主要目的就是发展和求证一个新的处理多孔介质多相流热质传输问题的模型,从分析含湿多孔介质内部湿分和热量的输运机制出发,应用连续介质力学和局部容积平均技术,引入了能够较全面描述含湿饱和多孔介质内热质传递现象的一般数学模型。新的模型由于能够全面反映复杂的流动过程中所涉及到的各种驱动机制,因而具有一定通用性,且模型中各方程形式上类似,均可化为统一的一般形式,在数值计算上有较大便利。本文应用此模型对两个主要工业应用领域的多孔介质多相流进行了数值模拟和结果分析。其一为土壤学,建筑...  (本文共148页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京航空航天大学
南京航空航天大学

一种新型冷却技术中应用多孔介质的机理研究

新型超级冷却技术是基于热驱动理论的一种新型冷却技术。通过前期研究发现,从增加结构强度和获得更好的换热效果的角度出发,可以在新型超级冷却技术中应用多孔介质。为了探索在新型超级冷却技术中应用多孔介质的可行性,本文展开了深入细致的研究。本文首先采用实验与数值模拟相结合的方法对重力场下单循环和多循环微小通道内流体的热驱动进行比较研究,发现随着循环通道的增加,热端壁温起伏变化减小,温度分布逐渐均匀化,而且通道高度与冷热端间距的比值h/w的变化对通道换热也有影响。最终研究结果表明多循环通道确实比单循环通道具有更好的换热效果,因此可以在新型超级冷却技术中应用多孔介质来代替通道形式,在增加结构强度的同时达到增强换热的效果。新型超级冷却技术中应用多孔介质的想法得到验证以后,本文便对离心力场下装有多孔介质的封闭腔体内流体的流动和换热展开了研究。本文运用线性稳定性分析方法,考虑离心力、重力和哥氏力的共同作用,建立了离心力场下充满有多孔介质的封闭腔体中...  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>