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【6h】

含湿多孔介质热湿传递机理实验研究及数值模拟分析

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目录

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第1章 绪 论

1.1多孔介质简介

1.2含湿多孔介质传热传质基本理论

1.3输运机制

1.4目前存在的问题

1.5论文工作

第2章 非饱和含湿多孔介质水分形态及扩散实验研究

2.1实验仪器

2.2试样及基本参数测定

2.3实验系统

2.4实验内容及实验步骤

2.5实验结果及分析

2.6本章小结

第3章 非饱和含湿多孔介质热湿传递模型

3.1含湿多孔介质热湿传递过程控制方程

3.2本章小结

第4章 非饱和含湿沙子热湿传递实验研究与数值模拟

4.1实验

4.2数值模拟模型

4.3数值模拟相关参数及定解条件

4.4实验与模拟计算结果对比分析

4.5本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

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摘要

含湿多孔介质热质传递问题是自然界和生产生活中广泛存在的现象,因此对多孔介质传热传质过程进行研究具有非常重要的应用意义及科学价值。含湿多孔介质微细观层面热质传递过程决定宏观传递现象,从孔隙尺度认识含湿多孔介质热质传递过程和机理对进一步了解含湿多孔介质热质传递的宏观性质很有帮助。
  本文以不同含湿率的沙子作为多孔介质研究对象,利用CCD结合体式显微镜通过实验观察了不同含湿沙子孔隙尺度的水分形态分布,同时对沙子在加热条件下的水分扩散形态进行了实验观察与分析,从孔隙尺度对含湿多孔介质热质传递机理进行分析。实验观察发现,低含湿率时,液体在试样内部主要以液桥形式存在,随着加热进行,近热源区域水分蒸发,与远离热源区域形成浓度差,但是此时水分不连通,液体不能在不同孔隙间“跳跃”,因而较远区域的液体也无法向近热源区域扩散。而高含湿率时,液体主要以联通水形式存在,因为此时水分相互连通,远离热源区域的液体会在毛细力的驱动下向近热源区域流动。
  在实验基础上,建立了多孔介质热质传递模型,模型中引入毛细系数,根据液体在孔隙内的分布形态来考虑毛细压差引起的液体流动。
  对加热条件下含湿多孔介质温度分布和水分分布进行了实验研究和模拟分析,结果表明,低含湿率时,不考虑毛细力的驱动引起的液体流动时,模拟计算结果与实验结果较接近,而考虑毛细力的驱动引起的液体流动时模拟结果与实验结果相差较大,因此低含湿率时可忽略不同区域间含湿率不同而产生的毛细压差引起的液体流动。高含湿率时,考虑毛细力驱动引起的液体流动时,模拟结果与实验结果较接近,因此,高含湿率时,则需要考虑毛细压差引起的液体流动。

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