外部能量源作用下多孔介质相变传热传质耦合计算

发布时间：2017-06-08 19:04

  本文关键词：外部能量源作用下多孔介质相变传热传质耦合计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多孔介质传热传质的研究由来已久，随着科学技术的基本和人类应用以及探索领域的不断深入和宽广，外部强能量源作用下多孔介质相变过程中传热传质过程逐渐进入人们的视野，在不同的工程和研究领域，，外部能量作用下含湿多孔介质相变有着不同的形式和应用。本文在前人研究非饱和多孔介质传热传质并且涉及相变的基础上加入了外部强能量源，研究了各种物理参量对多孔介质传热传质的响应机理，对前人建立的有关多孔介质传热传质的各种数学模型加以对比和分析，根据本文的研究背景选择合适的数学模型进行模拟和仿真，并对照模拟结果改进结合模型和数学控制方程，进一步得到适合的模型。本文的主要研究对象时航天飞行器再入大气层时受到急剧的气动加热的情况下，其金属热防护系统的物理参量的变化和相互之间的响应原理，本文的主要内容分为： 通过分析和对比，建立适合外部强能量源作用下多孔介质传热传质的控制方程组；使用COMSOL多物理场处理软件对建立的模型进行模拟仿真；考虑多孔介质的不同几何参量和物理参量对于模型的影响；分析初步仿真结果，对几何模型和物理模型进行改进；与参考文献进行比对，验证模型的正确性；提出进一步的改进意见和建议。 本文的主要研究创新点在于： （1）首先对于激光等强外部能量源作用多孔介质的情况，提出了考虑辐射效应的方案和方法并对该方法进行了仿真，分析了辐射对于多孔介质传热传质模型的影响，并给出了如何考虑辐射效应的建议； （2）对体积膨胀系数等参量对于模型的影响进行了具体的考虑和分析，以此为基础说明了在多孔介质传热传质问题的复杂性和非线性; （3）对基于孔隙率的传热传质控制方程在微观层面进行了仿真模拟，提出了作用孔隙率的概念，并以此为基础对模型进行了重新仿真和模拟，得到了和实际吻合很好的结果。 （4）提出了多孔介质在外部能量源作用下，相变区间宏观上表现为沿着外部能量的传输方向向前推进，微观上相变区域内物质的温度在相变临界温度附近不停震荡，这对微尺度等物质的传输和传热具有很大的指导意义。
【关键词】：多孔介质 传热传质 相变
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 本课题的研究目的和意义8-9
• 1.2 多孔介质研究发展及展望9-14
• 1.2.1 研究发展过程9-11
• 1.2.2 研究现状及问题11-14
• 1.3 本文的研究内容14-16
• 第2章 多空介质相变过程传热传质机理研究16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 多孔介质的基本参量16-20
• 2.2.1 孔隙率16-17
• 2.2.2 渗透率17-18
• 2.2.3 饱和度18-19
• 2.2.4 导热系数19-20
• 2.2.5 比热容20
• 2.3 多孔介质的传热传质理论20-26
• 2.3.1 多孔介质研究的基本方法21-24
• 2.3.2 多空介质传热过程24
• 2.3.3 多孔介质传质过程24-26
• 2.4 多孔介质的传热传质数学基础[26-30]26-30
• 2.4.1 饱和多孔介质传热传质控制方程[30-35]26-29
• 2.4.2 非饱和多孔介质传热传质控制方程[36-41]29-30
• 2.5 小结30-31
• 第3章 外部能量源作用下多孔介质相变过程宏观尺度研究31-55
• 3.1 模型的数学表达31-35
• 3.1.1 模型假设31-32
• 3.1.2 模型的控制方程32-35
• 3.2 多孔介质模型35-39
• 3.2.1 模型的尺寸和结构35-37
• 3.2.2 模型的物理参量的设定37-39
• 3.3 二维模型结果及分析39-51
• 3.3.1 恒定外部能量源作用下39-42
• 3.3.2 瞬态外部能量源作用下42-51
• 3.4 三维模型结果及分析51-54
• 3.4.1 恒定外部能量源作用下51-54
• 3.4.2 瞬态外部能量源作用下54
• 3.5 小结54-55
• 第4章 外部能量源作用下多孔介质相变过程微观尺度研究55-67
• 4.1 模型的数学表达55-57
• 4.1.1 模型假设55-56
• 4.1.2 模型的控制方程56-57
• 4.2 实际微观多孔介质模型57-61
• 4.2.1 模型的尺寸和结构57-59
• 4.2.2 模型物理参量的设定59
• 4.2.3 结果分析59-61
• 4.3 简化微观多孔介质模型61-65
• 4.3.1 模型的尺寸和结构62-63
• 4.3.2 模型物理参量的设定63
• 4.3.3 结果分析63-65
• 4.4 改进宏观多孔介质模型65-66
• 4.5 小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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