多孔介质中复杂流体输运和气体扩散效应的研究PDF电子书下载

1绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 多孔介质的类型 2

1.1.2 多孔介质输运现象的研究概况 4

1.1.3 多孔介质输运现象的研究方法 4

1.2 多孔介质基本参数 5

1.2.1 孔隙率 5

1.2.2 迂曲度 6

1.2.3 比面 8

1.2.4 渗透率 9

1.2.5 水力传导系数 10

1.2.6 饱和度 10

1.2.7 孔隙率、渗透率和比面的典型值 10

1.3 填充小球多孔介质孔隙率的研究综述 11

1.3.1 多孔介质宏观孔隙率研究 12

1.3.2 多孔介质局部孔隙率研究 13

1.4 多孔介质中复杂流体输运研究综述 15

1.4.1 复杂流体在多孔介质中的流动特性 15

1.4.2 多种颗粒填充床有效直径的选取 18

1.5 气体在多孔介质中输运研究综述 19

1.5.1 气体稀薄效应对多孔介质流动的影响 20

1.5.2 气体扩散对多孔介质传热的影响 23

1.6 本书的主要研究内容 24

1.6.1 已有工作的不足 24

1.6.2 本书的主要研究工作 25

2填充小球多孔介质孔隙率的研究 27

2.1 随机堆积小球多孔介质孔隙率 27

2.1.1 小球堆积方式 27

2.1.2 大量随机堆积小球多孔介质孔隙率 29

2.1.3 孔隙率与文献数据的对比 30

2.2 随机堆积小球多孔介质孔隙率的实验研究 32

2.2.1 实验的准备工作 32

2.2.2 实验过程 32

2.2.3 实验结果及讨论 33

2.3 填充小球多孔介质局部孔隙率研究 33

2.3.1 填充小球多孔介质局部孔隙率模型 33

2.3.2 局部孔隙率模型与文献数据的对比 35

2.4 填充小球多孔介质局部孔隙率的实验研究 36

2.4.1 实验前的准备和操作步骤 36

2.4.2 实验扫描图片及处理 38

2.4.3 实验结果及讨论 39

2.5 本章小结 40

3复杂流体在多孔介质中流动阻力特性的理论研究 41

3.1 多孔介质几何模型的建立 41

3.2 多孔介质物理模型的建立 42

3.2.1 黏性力 43

3.2.2 惯性力 44

3.2.3 多孔介质中流体流动阻力特性模型 45

3.2.4 复杂流体压降梯度模型与文献数据的比较 46

3.3 复杂流体在多孔介质中流动阻力系数 47

3.3.1 流动阻力的无量纲化 47

3.3.2 复杂流体流动阻力系数模型与文献数据比较 48

3.3.3 复杂流体流动阻力系数与流变指数的关系 51

3.4 惯性项系数的讨论 51

3.5 本章小结 52

4复杂流体在多孔介质中流动阻力特性的实验研究 54

4.1 实验台系统和准备步骤 54

4.1.1 多孔介质主体 55

4.1.2 水循环系统 55

4.1.3 实验测量设备 56

4.1.4 数据采集系统 56

4.2 实验流体工质及黏度测量 56

4.2.1 实验工质 56

4.2.2 黏度参数 57

4.3 实验参数的处理 58

4.3.1 孔隙率 58

4.3.2 混合颗粒球有效直径 58

4.4 实验结果及分析 59

4.4.1 单一尺寸颗粒球填充多孔介质 59

4.4.2 混合尺寸颗粒球填充多孔介质 60

4.4.3 实验误差分析 63

4.5 有效直径的理论基础 65

4.6 本章小结 66

5非牛顿幂律流体在多孔介质中的输运特性模拟研究 67

5.1 Fluent简介 67

5.2 多孔介质中幂律流体输运特性的数值计算 71

5.2.1 问题描述 71

5.2.2 几何模型和网格的划分 71

5.2.3 物理模型及控制方程 71

5.2.4 边界条件 72

5.3 分析和讨论 72

5.3.1 流变指数的影响 72

5.3.2 稠度系数的影响 73

5.3.3 孔隙率的影响 73

5.3.4 黏性阻力系数的影响 74

5.4 本章小结 74

6多孔介质中气体的稀薄扩散和压缩效应 76

6.1 矩方法 76

6.1.1 矩方程 77

6.1.2 数值方法 79

6.1.3 边界条件 79

6.2 气体在多孔介质中的稀薄扩散效应 81

6.2.1 平板微通道中气体稀薄扩散 81

6.2.2 圆管微通道中气体稀薄扩散 84

6.2.3 多孔介质中的气体稀薄扩散 85

6.3 多孔介质中气体的稀薄性和压缩性双重效应研究 89

6.3.1 理论基础 90

6.3.2 模型的建立 91

6.3.3 参数设置 92

6.3.4 模拟结果及分析 92

6.4 本章小结 98

7气体稀薄和压缩效应对多孔气凝胶隔热材料传热的影响 101

7.1 多孔气凝胶隔热材料非稳态传热的模拟 101

7.1.1 问题描述 101

7.1.2 非稳态传热模型 101

7.1.3 数值计算模型 104

7.1.4 边界条件 104

7.1.5 节点数量和时间步长 104

7.2 自编程序的验证 105

7.3 不考虑气体扩散效应的非稳态传热 105

7.4 气体扩散效应对非稳态传热的影响 106

7.4.1 粒径对材料背温的影响 107

7.4.2 孔径对材料背温的影响 108

7.4.3 绝对渗透率对材料背温的影响 108

7.4.4 背温随时间变化 111

7.5 气体稀薄效应对非稳态传热的影响 112

7.5.1 孔径对材料背温的影响 113

7.5.2 渗透率对材料背温的影响 114

7.5.3 背温随时间变化 116

7.6 考虑气体稀薄性和压缩性双重效应的影响 117

7.6.1 孔径对材料背温的影响 117

7.6.2 渗透率对材料背温的影响 119

7.6.3 材料密度对温升的影响 120

7.6.4 背温随时间变化 121

7.7 本章小结 121

8结论及建议 123

8.1 主要结论 123

8.2 后续的工作建议 125

主要符号表 127

参考文献 131