多孔介质导热性模拟试验及传热特性研究

发布时间：2017-09-09 02:21

  本文关键词：多孔介质导热性模拟试验及传热特性研究

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【摘要】：本文基于多孔介质传热学理论,采用不同粒径钢珠来模拟多孔介质材料传热试验,通过控制大小钢珠粒径和数目来改变多孔介质的孔隙结构。设计了5组不同孔隙率条件下多孔介质的传热模拟试验,用以分析孔隙率和比表面积对多孔介质等效导热系数的影响,利用等效电阻方法建立了二值化传热模型,进而利用flac3 D对地下巷道围岩的温度场分布进行了数值模拟。多孔介质孔隙率的变化带来比表面积的差异,通过分析等效导热系数和孔隙率、比表面积之间的关系,结果表明在相同比表面积下等效导热系数随孔隙率增加而非线性增加,且孔隙率趋于一定的数值后,等效导热系数越接近。在相同孔隙率下等效导热系数随比表面积的增加而非线性增大,但变化幅度不大,在孔隙率较为接近时导热系数也相对接近。本文方法所生成多孔介质比表面积、孔隙率和有效热导系数数值预测模型有效性均得到了较好验证,进一步说明了两者之间相吻合,这对以后工程研究也具有指导性意义。基于传热学理论和傅里叶热导定律,结合模拟多孔介质传热试验,构建二值化多孔介质传热模型,计算其等效导热系数,得到计算多孔介质等效导热系数的经验方程。通过试验结果与计算值相对比,计算值与实际值相吻合。综合分析了多孔介质在不同孔隙率和比表面积条件下等效导热系数的变化情况,在孔隙率较小时表面积对导热系数的影响明显,在表面积较大时孔隙率对导热系数的影响明显,当超过一定值后等效导热系数趋于稳定。通过分析孔隙率和比表面积对等效导热系数影响,给出它们之间函数关系表达式。在不同巷道埋深时,岩体孔隙率随深度增加而减小,导致其导热系数增大,随着导热系数增加温度扩散速度明显加快,且巷道周围区域的温度场在无渗流作用时呈现对称分布。各个检测点都呈现出相似规律,温度随时间非线性增加,且增加速率逐渐减低,当其达到一定数值后,温度趋于稳定。在多孔介质传热模拟试验和利用flac3D进行数值模拟过程中,没有考虑流体流动和地下渗流对温度场分布的影响,对这部分研究还有待深入。
【关键词】：多孔介质 等效导热系数 孔隙率 比表面积
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O357.3;TK124
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 多孔介质基本性质10-11
• 1.2 多孔介质传热传质11-13
• 1.3 本文主要工作内容13-14
• 1.4 国内外研究现状14-16
• 1.5 技术路线16-17
• 2 多孔介质基本概念17-25
• 2.1 多孔介质几个基本参数17-21
• 2.1.1 多孔介质孔隙率17
• 2.1.2 多孔介质渗透率17-18
• 2.1.3 多孔介质导热系数18-19
• 2.1.4 代表性单元19
• 2.1.5 比面19
• 2.1.6 曲直比19-20
• 2.1.7 水力梯度20
• 2.1.8 水力传导系数20-21
• 2.2 多孔介质流动与传热基本方程21-22
• 2.3 多孔介质传热传质理论基础22
• 2.4 多孔介质传热传质研究方法22-23
• 2.5 多孔介质总述23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 多孔介质传热试验研究25-37
• 3.1 试验前准备25-28
• 3.2 试验理论计算28-30
• 3.3 比表面积相同时等效导热系数与孔隙率关系30-32
• 3.4 孔隙率相同时等效导热系数与比表面积关系32-34
• 3.5 孔隙率与比表面积和等效导热系数关系34-35
• 3.6 温度随时间变化35-36
• 3.7 本章结论36-37
• 4 传热模型建立37-45
• 4.1 理论基础37-41
• 4.2 曲线的拟合及分析41-44
• 4.3 本章结论44-45
• 5 工程数值模拟45-55
• 5.1 深埋工程巷道特点45
• 5.2 模型建立45-46
• 5.3 不同导热系数下温度场模拟46-48
• 5.4 检测点温度变化曲线48-54
• 5.5 本章结论54-55
• 6 结论和展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 多孔介质传热研究的展望56-57
• 参考文献57-60
• 作者简历60-62
• 学位论文数据集62

【参考文献】

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1 张赛;陈君若;刘美红;刘显茜;;不完全分形多孔介质热导率模型[J];农业机械学报;2014年08期

2 杨伟;薛思瀚;刘秦见;许鹤罄;张树光;;固体流体导热系数对多孔介质内传热影响研究[J];四川大学学报(自然科学版);2014年04期

3 王思仪;李宗翔;李静;;坡度对巷道火灾影响的数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2013年12期

4 王宏伟;荣航;;流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究[J];煤炭学报;2013年10期

5 黄海平;水庆象;徐兵;;壁面驱动粘性不可压缩半圆形空腔流的数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2013年10期

6 蔡建超;郁伯铭;;多孔介质自发渗吸研究进展[J];力学进展;2012年06期

7 马聪;谭跃虎;李二兵;杨蒙;;-20℃～50℃范围内盐岩的热导率研究[J];岩石力学与工程学报;2012年S2期

8 夏德宏;郭珊珊;任玲;杜争;;多孔材料热导率通用计算方法[J];北京科技大学学报;2012年06期

9 陈春;钱春香;许燕波;;基于最小热阻理论的混凝土导热系数计算模型[J];东南大学学报(自然科学版);2012年02期

10 苗恩铭;陈u&欣;牛鹏程;颜焱;费业泰;;飞秒激光微加工中热熔化与热传递现象研究[J];农业机械学报;2011年04期

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本文编号：817728