计及热效应和湿分扩散的耦合黏弹性本构方程

高聚物在电子和航空等领域得到广泛运用,由于高聚物的亲水性,常常发生由于湿热引起的结构失效甚至材料的断裂.近年来,有实验显示,高聚物中的湿热效应及其力学反响是相互影响的,同时,考虑到高聚物的黏弹性,发展新的包含湿热效应的黏弹性本构方程来描述该问题是必要的.本文基于不可逆热力学的基本原理,运用连续介质力学的方法,通过引入内变量表示高聚物的黏性效应,基于 Helmholtz自由能导出一种热、湿分和黏弹性力学性质三场耦合的本构关系和系统控制方程,对实际的分析应用有较强的指导意义.

纸张干燥中湿分扩散系数的估算

纸张干燥过程涉及到多孔介质的热质传递,如何确定质量扩散系数是所建立的多孔物料湿分扩散模型能否进行数值计算的关键。按Liukov公式将湿分扩散系数视为含湿质量分数的非线性函数,在恒温下进行纸张干燥实验,通过比较湿分蒸发质量的测量值与理论计算值,采用多变量寻优的方法对多孔介质一维情况下的湿分扩散系数进行估算,得到了实验条件下的纸张湿分扩散系数的计算公式。并进一步确定了纸张中的湿分扩散系数与含湿质量分数和温度之间的函数关系式。

含湿热效应的各向同性耦合粘弹模型

为了表征高聚物的行为并反映湿热和应力的相互影响,针对各向同性粘弹性材料,从不可逆热力学出发,引入刻划材料粘性行为的内变量,采用Helmholtz自由能建立了包含湿热效应的各向同性粘弹性材料的本构方程。讨论了该本构方程与目前计算中常采用模型的关系。

气相入侵方式对多孔介质蒸发特性的影响

考虑几何截面突变造成的毛细阀效应,采用多孔网络模型方法从孔隙尺度上揭示了不同气相入侵方式占主导时单一润湿多孔介质的蒸发特性,并应用有限差分法,探索了一方程模型中湿分扩散系数与局部液相饱和度间的关系,得到了表层控制体局部饱和度与蒸汽浓度间的关系。

典型垃圾基元高温干燥过程的动力学特性

通过在焚烧炉条件下,对一些典型城市生活垃圾基元干燥过程试验结果进行动力学分析,分别整理出这些生物质和非生物质垃圾基元在高温干燥条件下的有效湿分扩散系数和活化能。结果显示,生物质垃圾基元干燥活化能高于非生物质,非生物质垃圾基元可以在较低的干燥温度下进行。同时根据试验结果整理出了试验温度范围内所选垃圾基元的干燥动力学方程,明确了温度对有效湿分扩散系数的具体影响。