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One-dimensional non-Darcy flow in a semi-infinite porous media:a multiphase implicit Stefan problem with phases divided by hydraulic gradients 被引量:1
1
作者 G.Q.Zhou Y.Zhou X.Y.Shi 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第5期855-867,共13页
One-dimensional non-Darcy flow in a semi-infinite porous media is investigated. We indicate that the non-Darcy relation which is usually determined from experimental results can always be described by a piecewise line... One-dimensional non-Darcy flow in a semi-infinite porous media is investigated. We indicate that the non-Darcy relation which is usually determined from experimental results can always be described by a piecewise linear function, and the problem can be equivalently transformed to a multiphase implicit Stefan problem. The novel feature of this Stefan problem is that the phases of the porous media are divided by hydraulic gradients, not the excess pore water pressures. Using the similarity transformation technique, an exact solution for the situation that the external load increases in proportion to the square root of time is developed. The study on the existence and uniqueness of the solution leads to the requirement of a group of inequalities. A similar Stefan problem considering constant surface seepage velocity is also investigated, and the solution, which we indicate to be uniquely existent under all conditions, is established. Meanwhile, the relation between our Stefan problem and the traditional multiphase Stefan problem is demonstrated. In the end, computational examples of the solution are presented and discussed. The solution provides a useful benchmark for verifying the accuracy of general approximate algorithms of Stefan problems, and it is also attractive in the context of inverse problem analysis. 展开更多
关键词 Moving boundary problem stefan problem Analytical solution Non-Darcy flow Soil consolidation
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含碳球团在氧化性气氛中的还原机理 被引量:6
2
作者 汪琦 杨兆祥 +2 位作者 孙家富 田济民 李文忠 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 1998年第3期1-4,共4页
根据Stefan流理论,研究了含碳球团在氧化性气氛中的还原机理,建立了极限抗氧化还原速度vRL的计算式。结果表明:当还原速度大于vRL时,还原过程不受氧化性气氛的影响。加热温度一定时,vRL随气相中CO浓度增加和气流... 根据Stefan流理论,研究了含碳球团在氧化性气氛中的还原机理,建立了极限抗氧化还原速度vRL的计算式。结果表明:当还原速度大于vRL时,还原过程不受氧化性气氛的影响。加热温度一定时,vRL随气相中CO浓度增加和气流速度减小而降低,加热温度对vRL的影响不大。 展开更多
关键词 含碳球团 氧化性气氛 还原机理 stefan
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炭粒富氧燃烧中传质系数的修正 被引量:3
3
作者 于娟 周宽 +1 位作者 潘登 章明川 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期217-222,共6页
与传统煤粉燃烧技术不同,煤粉在高浓度O2/CO2气氛中燃烧,在炭粒表面产生强烈的斯蒂芬流,对炭粒燃烧有重大的影响.笔者考虑炭的表面氧化(2,C+O2→2,CO)、CO2还原反应(C+CO2→2,CO)和H2O气化反应(C+H2O→CO+H2),给出忽略斯蒂芬流的传质系... 与传统煤粉燃烧技术不同,煤粉在高浓度O2/CO2气氛中燃烧,在炭粒表面产生强烈的斯蒂芬流,对炭粒燃烧有重大的影响.笔者考虑炭的表面氧化(2,C+O2→2,CO)、CO2还原反应(C+CO2→2,CO)和H2O气化反应(C+H2O→CO+H2),给出忽略斯蒂芬流的传质系数修正式.数值计算表明,对单膜模型的修正显著改善了颗粒温度、燃烧速率和燃尽时间的预报.在不同燃烧情况下,采用修正表达式对斯蒂芬流的影响进行了讨论.研究发现,修正因子和反应速率、环境组分浓度、反应产物浓度有关;在典型富氧燃烧工况下,O2的传质系数修正幅度可达18%;如果有水蒸气(摩尔分数为0.1)存在,则修正幅度可达22%;CO2的传质系数修正幅度可达74%,有水蒸气(摩尔分数为0.1)存在时则修正幅度可达78%;仅有水蒸气气化反应时,可以忽略对其传质系数的修正.但如果同时存在炭的表面氧化反应和CO2气化反应,则必须对其进行修正,修正幅度为29%. 展开更多
关键词 富氧燃烧 炭粒 传质 斯蒂芬流
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O_2/CO_2气氛下考虑斯蒂芬流的碳粒燃烧模型 被引量:4
4
作者 周宽 于娟 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期67-72,共6页
针对富氧燃烧中的O2/CO2气氛,考虑表面氧化反应、表面还原反应和斯蒂芬流,建立了新的碳粒燃烧理论模型.实验表明,与未考虑斯蒂芬流的模型相比,该模型的预报结果与实验值符合得更好.对斯蒂芬流影响的分析计算显示,无论斯蒂芬流存在与否,... 针对富氧燃烧中的O2/CO2气氛,考虑表面氧化反应、表面还原反应和斯蒂芬流,建立了新的碳粒燃烧理论模型.实验表明,与未考虑斯蒂芬流的模型相比,该模型的预报结果与实验值符合得更好.对斯蒂芬流影响的分析计算显示,无论斯蒂芬流存在与否,燃烧速率均随氧体积分数(20%和30%)、粒径(100~240,μm)、表面温度(1,750~1,900,K)、环境气体温度(1,200~1,400,K)的增大而增大,但由于斯蒂芬流阻碍了反应气体向颗粒表面的扩散,减缓了反应进程,因此在本文计算条件下,新模型计算得到的燃烧速率比未考虑斯蒂芬流的情况低1/4~1/3. 展开更多
关键词 碳粒 O2 CO2 富氧燃烧 斯蒂芬流 模型 燃烧速率
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O_2/CO_2气氛下有边界层空间反应时传质系数的修正
5
作者 于娟 周宽 +4 位作者 汤昀 辛锐 冯天恒 杨云飞 张哲玮 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期398-404,共7页
考虑炭粒表面氧化和还原反应、边界层CO气相反应、Stefan流和多组分扩散,建立了O2和CO2气体传质系数的修正表达式.炭球燃烧实验表明,对传质系数进行修正是必要的.考虑边界层CO气相反应后,O2传质系数降低,CO2传质系数升高.CO火焰锋面离... 考虑炭粒表面氧化和还原反应、边界层CO气相反应、Stefan流和多组分扩散,建立了O2和CO2气体传质系数的修正表达式.炭球燃烧实验表明,对传质系数进行修正是必要的.考虑边界层CO气相反应后,O2传质系数降低,CO2传质系数升高.CO火焰锋面离炭粒表面越近,O2传质的修正系数越小,CO2传质的修正系数越大.当炭粒表面仅有氧化反应时,O2的修正系数最小值为0.5,比不考虑边界层反应的结果又增加了32.5%的修正量.如果同时考虑表面氧化和表面还原,反应的增多都会降低O2和CO2的传质系数,而且对CO2扩散的影响比对O2的影响大.传质系数的这些变化可归因于气相反应、表面反应和Stefan流的综合作用. 展开更多
关键词 富氧燃烧 炭粒 传质系数 斯蒂芬流 空间反应 边界层
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相对静止气氛下硼颗粒着火过程
6
作者 方传波 夏智勋 +1 位作者 胡建新 肖云雷 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期93-99,共7页
针对相对静止气氛下单颗粒硼的着火过程展开了系统研究,考虑硼颗粒周围径向气相流动以及硼颗粒与周围环境间的传热和传质过程,建立了一维硼颗粒着火模型。分析了硼颗粒在实现着火和未能实现着火两种典型情形下的颗粒相、气相组分参数以... 针对相对静止气氛下单颗粒硼的着火过程展开了系统研究,考虑硼颗粒周围径向气相流动以及硼颗粒与周围环境间的传热和传质过程,建立了一维硼颗粒着火模型。分析了硼颗粒在实现着火和未能实现着火两种典型情形下的颗粒相、气相组分参数以及颗粒外表面上Stefan流的变化规律,并对其成因展开了分析。研究表明,在实现着火和未能实现着火两种典型情形下,硼颗粒外表面的Stefan流都会经历先由周围空间流向颗粒表面,而后变为由颗粒表面流向周围空间的过程;考虑颗粒外表面处气相Stefan流作用后,硼颗粒的着火延迟时间减少,且压力越大,影响越大。 展开更多
关键词 硼颗粒 着火过程 着火模型 stefan
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富氧燃烧中斯蒂芬流对碳粒热平衡的影响 被引量:1
7
作者 欧炜 周宽 +1 位作者 于娟 白丹 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期452-456,共5页
斯蒂芬流不仅影响组分的质量传递,还对能量传递有影响,而后者通常为研究者所忽略.本文通过建立具有明确物理意义的热流公式,推导出包括斯蒂芬流影响的能量守恒方程,深入研究了斯蒂芬流对碳粒热平衡及其着火的影响.结果表明,考虑... 斯蒂芬流不仅影响组分的质量传递,还对能量传递有影响,而后者通常为研究者所忽略.本文通过建立具有明确物理意义的热流公式,推导出包括斯蒂芬流影响的能量守恒方程,深入研究了斯蒂芬流对碳粒热平衡及其着火的影响.结果表明,考虑斯蒂芬流后,总的化学反应热会随气体温度的升高而增大,辐射热流几乎不变;碳粒着火延迟,着火温度比无斯蒂芬流时约高30K,氧气浓度(体积分数)约高7%.忽略斯蒂芬流导致碳粒(50μm)燃烧速率和表面温度分别高出23%。40%和7%~10%,而熄火粒径偏低,约为28μm.与文献中的修正能量方程相比,新的能量方程更适合碳粒的富氧燃烧计算. 展开更多
关键词 碳粒 富氧燃烧 斯蒂芬流 热平衡 着火 热流 O2 CO2
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有蒸发的气-水二维湍流流动的数值模拟 被引量:4
8
作者 邹志军 倪浩清 周力行 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 1994年第2期9-17,共9页
对水面蒸发问题的研究,过去一直是仅仅依赖于实验的手段.本文在国内首次提出了有蒸发的气-水二维湍流流动的理论模型,用Stefan流的概念,采用K-ε湍流模型及SIMPLE算法,进行了  数值模拟,分析了风速、水气温差和... 对水面蒸发问题的研究,过去一直是仅仅依赖于实验的手段.本文在国内首次提出了有蒸发的气-水二维湍流流动的理论模型,用Stefan流的概念,采用K-ε湍流模型及SIMPLE算法,进行了  数值模拟,分析了风速、水气温差和相对湿度等各个物理因素对蒸发的影响,并就蒸发对流体流 动和传热的影响进行了探讨.计算结果和实验结果作了比较,大部分参数变化规律在趋势上与实验吻合,亦有某些参数的变化规律与实验有出入,其原因尚待进一步研究.本研究工作在冷却水工程和水资源的开发利用中具有广泛的实际意义. 展开更多
关键词 湍流 运动 蒸发 冷却水 数值模拟
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考虑Stefan影响的单颗粒硼着火过程研究 被引量:6
9
作者 方传波 夏智勋 +2 位作者 肖云雷 胡建新 刘道平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第16期252-259,共8页
针对含硼推进剂固体火箭冲压发动机内单颗粒硼的着火过程展开了系统研究.考虑硼颗粒周围气相流动以及硼颗粒与周围环境间的传热传质过程,建立了考虑Stefan流作用的一维硼颗粒着火模型,研究了硼颗粒实现着火和未能实现着火两种典型情形... 针对含硼推进剂固体火箭冲压发动机内单颗粒硼的着火过程展开了系统研究.考虑硼颗粒周围气相流动以及硼颗粒与周围环境间的传热传质过程,建立了考虑Stefan流作用的一维硼颗粒着火模型,研究了硼颗粒实现着火和未能实现着火两种典型情形下硼颗粒及周围气相的参数变化规律,对两种情形下Stefan流的变化规律及其成因展开了详细分析.研究表明,在硼颗粒实现着火的过程中,液态B2O3的蒸发及硼的氧化均能在硼颗粒的反应自加热作用下急剧加速,硼颗粒表面附近的氧气和气相B2O3分布变化剧烈;在未能实现着火的过程中,液态B2O3的蒸发和氧气消耗的质量流率相对较小,并逐渐趋于稳定,硼颗粒表面附近的氧气和气相B2O3分布相对变化很小.在两种典型情形下,硼颗粒外表面的Stefan流都会经历先由周围空间流向颗粒表面,而后变为由颗粒表面流向周围空间的过程. 展开更多
关键词 固体火箭冲压发动机 硼颗粒 着火过程 stefan
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超临界水中颗粒受Stefan流影响的数值模拟研究 被引量:1
10
作者 金辉 王赢东 +2 位作者 王慧博 吴振群 赵秋阳 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1777-1783,共7页
超临界水气化(SCWG)技术由于其清洁及高效性而具有广阔的应用前景,反应过程中颗粒表面的Stefan流动不可忽略。本文主要开展在雷诺数10~200范围内的不同Stefan流方向以及强度对超临界水绕流固定球形颗粒的曳力以及传热过程影响的研究,同... 超临界水气化(SCWG)技术由于其清洁及高效性而具有广阔的应用前景,反应过程中颗粒表面的Stefan流动不可忽略。本文主要开展在雷诺数10~200范围内的不同Stefan流方向以及强度对超临界水绕流固定球形颗粒的曳力以及传热过程影响的研究,同时对颗粒周围的流场以及速度和温度边界层进行了分析,结果表明,随着内向Stefan流强度的增大,曳力系数与努塞尔数均呈现增大的趋势,速度与温度边界层的厚度均呈现减薄的趋势;随着外向Stefan流强度增大,以上结论呈现相反趋势。 展开更多
关键词 超临界水 stefan 曳力系数 努塞尔数 数值模拟
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单油滴蒸发燃烧周围流场及火焰结构的数值模拟研究 被引量:5
11
作者 李科 赵钰祥 武文斐 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期178-183,共6页
采用一步总包有限反应速率模型模拟了不同相对速度、颗粒尺寸、环境温度条件下单个油滴燃烧。对于全包围燃烧模态,火焰半径的模拟结果与文献的理论解析解进行对比,在周向角小于90°范围内和数值模拟结果接近,大于90°,理论解不... 采用一步总包有限反应速率模型模拟了不同相对速度、颗粒尺寸、环境温度条件下单个油滴燃烧。对于全包围燃烧模态,火焰半径的模拟结果与文献的理论解析解进行对比,在周向角小于90°范围内和数值模拟结果接近,大于90°,理论解不能精确预测火焰锋面半径;油滴表面局部蒸发率较尾部火焰燃烧模态下的蒸发率小;各个燃烧模态下,局部蒸发率最大的位置发生在前驻点处。燃烧状态下油滴颗粒的阻力系数要比冷态条件下的阻力系数小,不能简单套用Wallis-Kliachko公式计算。阻力系数随着来流速度增大而增大,随着周围环境温度的升高而升高。 展开更多
关键词 油滴 燃烧 数值模拟 stefan 阻力系数
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基于大涡模拟的油滴群燃烧特性研究
12
作者 李科 刘宁普 +3 位作者 孙婷 肖卓楠 周磊 周力行 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期476-482,共7页
利用Matlab随机生成不同尺寸、位置信息的油滴群,采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,分析了不同来流速度、环境温度工况下不同颗粒数密度油滴群的燃烧特性及燃烧模态,统计出油滴的平均阻力特性、蒸发率以及气体湍流变动。研究表明:... 利用Matlab随机生成不同尺寸、位置信息的油滴群,采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,分析了不同来流速度、环境温度工况下不同颗粒数密度油滴群的燃烧特性及燃烧模态,统计出油滴的平均阻力特性、蒸发率以及气体湍流变动。研究表明:油滴群平均阻力系数随来流速度的增加呈现先减小后增大最后趋于稳定的趋势,约为单燃烧油滴的阻力系数的1/2,随环境温度的升高而增大,与来流速度成反比;气相湍流变动随环境温度增大而加剧,随颗粒数密度增加而减小;在油滴群燃烧特性下,蒸发率随环境温度的升高而增大,随数密度的增加而减小,随来流速度的增加而增大。 展开更多
关键词 油滴群 燃烧 stefan 阻力系数 数值模拟
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随机分布介尺度油滴群的燃烧特性
13
作者 孙婷 周力行 李科 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期576-583,共8页
对液雾燃烧中随机分布油滴群的蒸发/燃烧特性进行了数值模拟研究,详细考虑了油滴尺寸、坐标分布、数密度等相关参数的随机性。采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,在不同的来流速度、环境温度下,剖析了不同数密度油滴群的阻力特性及... 对液雾燃烧中随机分布油滴群的蒸发/燃烧特性进行了数值模拟研究,详细考虑了油滴尺寸、坐标分布、数密度等相关参数的随机性。采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,在不同的来流速度、环境温度下,剖析了不同数密度油滴群的阻力特性及蒸发率,并结合油滴群燃烧模态分析油滴间的相互作用规律。研究表明,油滴群燃烧模态同时包含单油滴三种油滴燃烧火焰模态;各油滴表面燃料蒸气的浓度分布呈现非对称性,反应核心区发生角度偏转;在强对流环境下,蒸发/燃烧油滴群的平均表面蒸发率与阻力系数的变化与蒸发/燃烧单油滴相似,油滴间的强烈相互作用加速了油滴群蒸发/燃烧的传热传质。 展开更多
关键词 随机油滴群 蒸发/燃烧 stefan 表面蒸发率 阻力系数
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