| 【中文题名】 | 分形多孔介质内导热与流动数值模拟研究 |
| 【英文题名】 | Numerical Study of Heat Conduction and Fluid Flow in Fractal Porous Media |
| 【学科专业】 | 工程热物理 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-24 |
| 【中关键词】 | 多孔介质,分形,结构模型,导热,流动,有限容积法 |
| 【英关键词】 | Porous Media,Fractal,Structural Model,Heat Conduction,Fluid Flow,Finite Volume Method,Lattice Boltzmann Method, |
| 【分类导航】 | 工业技术>能源与动力工程>热力工程、热机>热力工程理论>传热学> |
| 【论文摘要】 |
导热与流动是多孔介质内热质传递中的两个重要过程。已有的研究表明，不仅是多孔介质各组份的物性参数，孔隙的结构形态(孔隙尺寸、形状、分布、连通性等)对多孔介质内的各种传递过程也有着重要的影响。传统上，由于多孔介质结构的复杂性，欧几里德几何很难对其进行精确描述，研究者不得不采用连续介质假设和体积平均的概念，也就很难考查孔隙的微观结构对其内部导热和流体流动的具体影响，使得传统的研究结果有很多的局限性。
本文抓住多孔介质内热质传递研究中结构因素这一关键与难点，建立了多孔介质分形结构模型，利用有限容积法和格子—Boltzmann方法，分别对分形多孔介质内的导热和流动问题进行了详细的数值模拟分析，得出了一些具有一定普遍性的规律。
在对多孔介质结构特性简要介绍的基础上，综述分析了四种多孔介质结构模型，总结了前人在多孔介质结构建模方面的研究，分析了已有模型的优势与不足，阐述了引进分形模型的缘由和必要性。然后，简要介绍了分形几何的概念和基本原理，阐明多孔介质结构的分形特性。最后基于分形几何原理，构造了几种分形结构用以模拟多孔介质孔隙结构。
基于多孔介质分形结构模型，建立了分形多孔介质内的导热模型... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-6 |
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Abstract |
6-8 |
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目录 |
8-10 |
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第一章 绪论 |
10-19 |
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1.1 课题的研究背景及意义 |
10-11 |
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1.2 本课题目前的研究状况 |
11-16 |
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1.2.1 多孔介质导热的分形研究 |
11-14 |
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1.2.2 多孔介质内流体流动的LBM研究 |
14-16 |
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1.3 本论文的主要工作 |
16-19 |
|
1.3.1 研究目标和内容 |
17 |
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1.3.2 研究方案 |
17-18 |
|
1.3.3 全文安排 |
18-19 |
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第二章 结构模型的建立 |
19-32 |
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2.1 多孔介质结构特性 |
19-20 |
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2.2 传统多孔介质结构模型 |
20-24 |
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2.2.1 颗粒状模型 |
20-21 |
|
2.2.2 毛管模型 |
21-22 |
|
2.2.3 统计模型 |
22 |
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2.2.4 网络模型 |
22-24 |
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2.3 多孔介质的分形结构模型 |
24-31 |
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2.3.1 分形几何简介 |
24-26 |
|
2.3.2 多孔介质结构的分形特征 |
26-27 |
|
2.3.3 多孔介质分形结构模型的构造 |
27-31 |
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2.4 本章小节 |
31-32 |
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第三章 分形多孔介质中的导热 |
32-49 |
|
3.1 结构模型及物理数学模型 |
32-33 |
|
3.2 计算方法及过程 |
33-39 |
|
3.2.1 计算区域离散化 |
33-34 |
|
3.2.2 控制方程离散化 |
34-35 |
|
3.2.3 边界条件的处理 |
35-38 |
|
3.2.4 有效导热系数的确定 |
38-39 |
|
3.3 程序的编制与调试 |
39 |
|
3.4 计算结果与分析 |
39-48 |
|
3.4.1 基质导热系数和孔隙内流体导热系数的影响 |
39-41 |
|
3.4.2 孔隙率的影响 |
41-43 |
|
3.4.3 空隙结构形态的影响 |
43-46 |
|
3.4.4 与经验关系式的对比分析 |
46-48 |
|
3.5 本章小结 |
48-49 |
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第四章 分形多孔介质中流体流动的LBM模拟 |
49-70 |
|
4.1 格子-Boltzmann方法 |
49-54 |
|
4.1.1 Lattice BGK方程 |
49-51 |
|
4.1.2 二维九点(D2Q9)模型 |
51-52 |
|
4.1.3 平衡态分布函数 |
52 |
|
4.1.4 LBM计算步骤 |
52-54 |
|
4.2 算例 |
54-65 |
|
4.2.1 二维方腔流的LBM模拟 |
54-58 |
|
4.2.2 二维Poiseuille流的LBM模拟 |
58-61 |
|
4.2.3 方柱绕流的LBM模拟 |
61-65 |
|
4.3 分形多孔介质中流体流动的LBM模拟 |
65-69 |
|
4.3.1 结构模型及计算 |
65-66 |
|
4.3.2 计算结果分析 |
66-69 |
|
4.4 本章小结 |
69-70 |
|
第五章 全文总结与研究展望 |
70-73 |
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5.1 研究成果总结 |
70-71 |
|
5.2 进一步研究展望 |
71-73 |
|
参考文献 |
73-83 |
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在读期间发表论文目录 |
83-84 |
|
致谢 |
84 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.130700 |
