热局部非平衡下饱和多孔弹性柱体的拟静态分析

基于多孔介质理论所建立的不可压饱和多孔介质热-流-固耦合模型,对于一端固定、绝热和不可渗透,另一端受机械和温度载荷联合作用且可自由排水的多孔弹性柱体,利用分离变量法和拉普拉斯变换推导给出了热局部非平衡下多孔弹性柱体拟静态问题的一般解析表达式.最后,针对阶梯机械和温度载荷联合作用的情况,数值研究了不同参数下温度载荷对固相变形和有效应力、流体速度和孔隙压力的影响.结果表明:在流固两相热扩散系数的比值较大和两相间热交换系数比较小的情况下,热局部平衡和非平衡下有关结果之间的差异在初始阶段是非常明显的.

热局部非平衡下一维半无限长饱和多孔柱体的温度场分析

对于端部受温度载荷的一维半无限长多孔介质柱体,给出了热局部非平衡下固相和流相温度场在Laplace变换域中的解析表达式。对于冲击温度载荷的情况,获得了温度场在短时间内的Laplace逆变换渐近解析解。数值分析了流、固两相热扩散系数之比以及热交换系数对固相和流相温度场的影响,比较了热局部非平衡下加权温度与热局部平衡下温度之间的差别。

基于局部热非平衡的含裂缝网络干热岩采热性能模拟

采用压裂技术在干热岩中构造裂缝网络,工作流体在裂缝内的循环携热使干热岩中高温资源得到有效提取。为真实模拟岩体与流体间能量传递,基于局部热非平衡理论,将储层视为由基质岩体与离散裂缝组成的双重介质模型,建立温度-渗流-应力全耦合模拟采热过程中流体流动、热量传递、岩体变形的相互作用,进而对不同注采井网和模型参数下采热性能进行研究。结果表明:干热岩资源开采过程的模拟有必要采用温度-渗流-应力耦合,裂缝分布的非均匀性对采热性能有影响;注采井网的合理布局有利于地热能大规模动用与高效开发;基岩热膨胀系数影响温差引起的热应力作用从而影响采热性能;合理选择注采压差有利于开发,压差过大将缩短开发寿命,注入温度越高采热速率越高。

多孔介质平板通道强迫对流中热局部非平衡时的热应力

根据微观不可压饱和多孔介质热-力-流相互作用的一般理论,在固相骨架小变形的假定下,考虑固相和流相相互作用的粘性耗散,研究了多孔介质平板通道强迫对流热局部非平衡的热应力问题.建立了问题的热-力数学模型,根据饱和多孔介质的平衡方程,在固相骨架只存在横向位移的假定下,求解了固相骨架的位移和相应的热应力,数值考察了各种物性参数对热应力分布的影响,讨论了热局部平衡模型的适用性.

平板通道中热局部非平衡对努塞尔数的影响

利用傅里叶级数,研究了多孔介质平板通道中Darcy流体热局部非平衡对努塞尔数的影响.考虑流体流动方向的热传导以及固相和流相相互作用的粘性耗散,根据热局部非平衡的两能量方程模型,得到了常壁温时多孔介质固相骨架温度和孔隙流体温度的解析解.针对不同的物性参数,给出了局部努塞尔数的分布特征.通过参数研究,揭示了热局部非平衡时强迫对流努塞尔数的响应特征.

热局部非平衡条件下含球形空洞流体饱和多孔介质的孔隙压力和热应力分析

基于热局部非平衡条件下饱和多孔介质热-弹性理论,本文研究了含球形空洞流体饱和多孔介质的温度、孔隙压力以及固相热应力。应用Laplace变换法获得了固相和孔隙流体温度场以及孔隙压力在短时间内的渐近解析式。对于粘土和砂岩两种材料,数值分析了热局部非平衡条件对温度、孔隙压力以及固相热应力的影响。结果表明:对于粘土材料,热局部非平衡条件下径向应力绝对值的峰值明显大于热局部平衡条件下绝对值的峰值;对于砂岩材料,相对于热局部平衡情况,热局部非平衡条件下孔隙压力和径向应力绝对值的峰值都有显著的提高。

热局部非平衡流体多孔弹性半平面问题的非线性研究

在几何非线性和热局部非平衡条件下,对不可压流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷作用下的热动力学特性进行研究。首先基于多孔介质混合物理论给出了问题的动力学数学模型。然后提出了一种综合的数值计算方法来求解问题,该方法通过微分求积法和二阶后向差分格式在空间域和时间域离散数学模型,利用Newton-Raphson法求解非线性代数方程组,从而可得到问题的数值结果。研究表明,求解方法是有效可靠的,且具有计算量小、精度高等优点。最后,研究了流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷下的热力学特性,考察了材料参数和几何非线性对半平面动力学行为的影响。

热局部非平衡条件下含柱形空洞横观各向同性饱和多孔介质的热应力分析

提出了一个热局部非平衡条件下横观各向同性多孔介质的弹性力学模型,研究了含柱形空洞的无限大多孔介质在冷对流边界条件下的孔隙压力和固相热应力.应用Laplace变换反演法数值分析了热局部非平衡及材料的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响.结果表明:孔隙压力和固相热应力随着横向热膨胀系数的增大而显著增大,而弹性模量的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响则是微弱的.同时,结果还证实了在Biot数为中等值范围内,热局部非平衡效应是非常明显的.

回转式空气预热器积灰模型构建与积灰工况传热性能研究

为了量化研究积灰状态下回转式空气预热器(空预器)对运行条件的敏感性,构建基于局部热非平衡模型的三方程回转式空预器热力计算模型,探究了积灰分布与运行条件对空预器传热性能和硫酸氢铵(ABS)沉积的综合影响,对比分析了积灰热阻与热容对空预器的影响规律。计算结果表明:积灰热阻对传热性能的削弱效果远大于积灰热容对传热的强化效果;冷段积灰比例的增加使得ABS沉积区比例增大;当蓄热元件表面积灰厚度增加时,提高转速、增大流量或提升机组负荷对改善传热性能及减小ABS沉积区比例的效果尤为显著;改变流体温度对空预器性能的影响较小;当机组负荷由50%增加至100%时,ABS沉积区比例在清洁状态下的减小量为5%,在冷段积灰厚度为2 mm时提高至7%。研究结果可为针对性地调整空预器运行参数,从而优化传热效果及减轻积灰腐蚀提供参考。

局部热非平衡多孔介质圆管非达西强迫对流换热分析

对流体饱和多孔介质圆管内局部热非平衡情形下非达西强迫对流的换热性能进行数值模拟.首先利用Brinkman流动模型和局部热非平衡模型建立研究问题的数学模型,预测强迫对流换热.然后使用COMSOL Multiphysics仿真软件对模型求解,获得无量纲渗流速度场、固体骨架温度场、流体温度场和努塞尔数(Nu).此外,详细分析Nu对某些关键参数的依赖性.研究发现,随着达西数(Da)和毕渥数(Bi)的增加,Nu先增加后趋于渐近值;贝克来数(Pe)的增加会导致Nu单调增加;相反,流体有效热导率与固体骨架有效热导率之比(即导热比κ)和流体有效动力黏度与实际动力黏度比(即黏度比M)的增加将导致Nu先减小后趋于渐近值.所得模型和数值结果既可用于提高工程中多孔介质圆管换热能力,也可为相关实验和解析研究提供参考.

用完全线性化方法计算非局部热动平衡大气模型

本文叙述了用完全线性化方法计算非局部热动平衡大气模型的计算过程程序设计,并对计算结果进行了讨论。

非平衡热力学中恒星结构的稳定性研究(Ⅰ)——PPⅠ反应

一、引言迄今为止,人们在研究恒星结构时,往往利用在等熵条件下能量极(小)值原理来寻求平衡状态下星体的结构。这种方法实质上假定恒星是一个处于近平衡态的热力学系统。但实际上,恒星一般具有如下特点:(1)

多孔介质太阳能热化学反应器传热特性模拟

利用FLUENT软件并结合用户自定义函数,采用不同的热物理模型,研究了多孔介质太阳能热化学反应器内部的传热和流体流动特性。结果表明:随着入口流速从0.005m·s^(-1)增加到0.1m·s^(-1),局部热非平衡模型和局部热平衡模型之间的平均温度偏差增加了6.55倍,局部热非平衡模型可以保证在高温条件下的仿真精度。对于高温环境下的数值模拟必须考虑辐射传输模型。多孔介质在提供大比表面积和提高反应介质中温度和速度分布的均匀性方面具有积极作用。

含V形结构金属骨架石蜡的相变传热特性研究

在节能减排的背景下,新能源的开发和利用对国家发展至关重要,相变蓄能技术可以解决新能源时间和空间不匹配的问题。文章构建了V形结构金属骨架,对纯石蜡方腔、含均匀结构金属骨架石蜡方腔、含V形结构金属骨架石蜡方腔的模型,采用有限元方法数值模拟并分析了不同模型的熔化速率、蓄热速率和局部热非平衡效应。结果表明:添加金属骨架有利于相变材料的熔化,其中V形结构金属骨架的效果更好;与均匀结构金属骨架相比,V形结构金属骨架具有更加明显地提升相变材料蓄热速率的效果;在传热前期,V形结构金属骨架的局部热非平衡效应更明显,而在传热后期,其温度均匀性更好。

热/冷对流边界条件下含柱形空洞流体饱和多孔介质的应力分析

基于热局部非平衡条件下饱和多孔介质热-弹性理论,本文研究了含柱形空洞流体饱和多孔介质在热/冷对流边界条件下的温度、孔隙压力以及固相热应力。应用Laplace变换反演法数值分析了Biot数对温度、孔隙压力以及固相热应力的影响。结果表明:在Biot数为中等值范围内,热局部非平衡效应是非常明显的,热局部非平衡条件下孔隙压力和径向应力绝对值的峰值都几倍高于热局部平衡条件下所对应的值。

格子Boltzmann方法模拟泡沫金属内相变材料热传导融化传热过程

基于局部热非平衡条件下泡沫金属内热传导融化相变传热的非线性双温度方程,在表征单元尺度上构建双温度分布函数格子Boltzmann模型,其中相变非线性源项处理采用焓法迭代求解。数值模拟了金属骨架与相变材料的温度分布情况,重点分析了孔径、金属骨架与填充材料热传导比和Stefan数等对局部热非平衡效应的影响。模拟结果表明,孔径越大、金属骨架与填充材料热传导比越大,局部热非平衡效应越明显;相变过程的存在,加大了局部热非平衡效应,并且Stefan数越低局部热非平衡效应则越大。

磁场对多孔介质方腔内空气热磁对流的影响

数值分析了微重力下圆形载流线圈倾斜时多孔介质方腔内空气热磁对流.磁场计算采用毕奥-萨伐定律求解;动量方程与能量方程分别采用达西模型与局部热非平衡模型求解.计算结果表明随着磁场力数γ数和Da数的增加,方腔内对流变得越来越强.线圈倾斜角x_(euler)从0°到90°变化时,对流结果关于z_(euler)=45°呈现对称分布.Nμ_m数随线圈倾斜角的改变而变化且每个工况下局部最大Nμ_m数出现在z_(euler)=45°.局部最小Nμ_m数出现在z_(euler)=0°,90°.

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

在多孔介质区考虑局部非热平衡,采用Brinkman-extended Darcy模型结合应力跳跃条件对部分填充多孔介质通道内流体传热特性进行分析。获得了各区域温度分布及Nusselt数解析解,并分析了各参数对温度及Nusselt数的影响。结果表明:界面对流传热系数H_(s)较小时,界面应力跳跃系数β和Darcy数Da的增加会减小流固两相间温差。而在高H_(s)下,Da减小也会减小两相温差。在Da、H_(s)和固流两相热导率之比K较大且空心率S(自由流体区高度与通道高度之比)和Biot数Bi较小时,流固两相间会在接近多孔介质区中部出现最大温差,而该最大温差会随着S增加和Da及H_(s)的减小向界面区移动。对于不同K与Bi,Nusselt数Nu与S的关系曲线存在不同的类型,与模型A(界面处多孔介质固相和流相根据各自温度梯度和热导率划分总热流)不同的是,采用模型C(界面处固相热流分配与自由流体区流相的热交换相关)所获得的Nu曲线类型与H_(s)有关。在K较小时,β对Nu的影响大于H_(s)对Nu的影响;而在K较大时,H_(s)对Nu的影响要远大于β对Nu的影响,且H_(s)增加会明显提高通道内的Nu。

热对流边界条件下含球形空洞流体饱和多孔介质的应力分析

基于热局部非平衡条件下饱和多孔介质热-弹性理论,研究含球形空洞流体饱和多孔介质在热对流边界和完全接触型(固定)边界条件下的温度、孔隙压力以及固相热应力.应用Laplace变换法获得了它们在Laplace变换域中的表达式,数值分析和考察了在球形空洞边界附近处的温度、孔隙压力以及固相热应力的热局部非平衡影响效应.数值结果表明,对于热对流边界条件情况,热局部非平衡影响效应是非常明显的,特别在Biot数为中等值时,热局部非平衡条件下孔隙压力以及径向应力和切向正应力绝对值的峰值都显著高于热局部平衡条件下所对应的值.

饱和多孔介质化学-热-弹性模型及应用

本文基于热局部非平衡(LTNE)条件和加权平均温度概念,并假设孔隙流体由溶质和溶剂两组元组成,对页岩(饱和多孔介质),推导给出了一种LTNE条件下的化学-热-弹性模型,同时讨论了耦合方程组的解耦求解问题.作为模型的应用,考虑无限大平面含一圆形孔的情况,研究了冷/热对流以及溶质摩尔分数突变边界条件下圆孔附近的孔隙压力和化-热应力问题,用Laplace变换得到了平面轴对称情况下有关力学变量的表达式.数值分析了圆孔边界上冷/热对流的Biot数和溶质摩尔分数改变量对圆孔附近孔隙压力和化-热应力的影响.结果表明:在Biot数为中等值(1～5)范围内,LTNE效应是非常明显的;化学作用对孔隙压力和固相应力的影响不可忽视.