多孔介质内的相变传热传质过程研究.pdf

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1、大连理工大学硕士学位论文多孔介质内的相变传热传质过程研究姓名：朱杰申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：沈胜强20061201大连理工大学硕士学位论文摘要本论文研究了含湿饱和多孔介质内部流体凝固相交过程以及相交过程中流体溶质的传输过程。研究工作基于Whitaker等提出的体积平均理论，将多孔介质看作宏观意义上的虚拟连续介质，将描述流体渗流的Darcy定律引入其中，分析了含湿饱和多孔介质冷冻相变过程中流体的基本传输形式，在凝固相交理论上采用目前应用比较广泛的热焓法。在多孔介质内部流体基本传输机制的基础上，假设多孔介质在相交传热传质过程中各质点处于局部热力学平衡

2、，考虑了多孔介质冷冻过程中介质内流体液相、溶质、凝固固相及多孔介质骨架在质量守恒、动量守恒和能量守恒关系上的相互作用并建立起了守恒方程，液相结冰量对液相而言为质量汇，对凝固固相而言为质量源。与以往单一相变界面不同的是在此采用了基于多孔一焓的理论分析相变过程。在这一理论中，深化界面没有很明显的被追踪，取而代之的是用大量的液体分数显示液相所占据的体积，介质内部区域在冷冻过程中可分为液相区、液固共存区和凝固固相区，其中液固共存区域被虚拟看作是液体区域中存在多孔性的多孔区域，在此区域中，流体分数在(0，1)之间变化，其凝固模拟过程随着虚拟液相多孔区域的多孔性从1变化到0

3、不断的进行，当液相材料完全凝固时，虚拟多孔性变为0，即全部转化为固相。数值计算模拟过程采用cFD软件—Fluent软件，将二维数学物理模型与软件相应的计算模块结合起来，在计算中应用到的计算模型有凝固模型、溶质输运模型和多孔介质条件，并适当地使用自定义函数(UDF)，通过几个计算模型的结合来解决问题。通过求解得出了各向异性多孑L介质和各向同性多孔介质对相变过程影响的差异性，进一步分析了凝固相变过程中各向异性介质内部温度和液相饱和度的变化趋势及相互关系，得出了不同的冷冻边界条件致使冷冻速率产生明显的变化，并呈现出明显阶段性的结论。分析出了溶质在相交过程中的分布情况，

4、重点老虑了冷冻温度以及边界条件的设置对溶质最终分布的影响，把凝固过程中主要参数的变化直观地显示了出来。关键词：多孔介质；各向异性；凝固相变；溶液多孔介质内的相变传热传质过程研究ResearchonHeatandMassTransferintheProcessofPhaseChangeofPorousMediaAbstractThethesisismainlyontheresearchandanalysisofthefreezingprocessinthesaturatedporousmediaandsolumdistributioninthatprocess．B

5、ased0nvolume-averagingtheory,saturatedporousmediaistreatedasvirtualcontinuousbodyinmacro-scale，Darcylawisreferredhere，Primarymechanismsoftransportationforliquidinfreezingprocessofsaturatedporousmedia,andenthalpymethodwhichispopularisappliedtopresentthe丘．ee五ngprocess．Assumingsaturated

6、porousmediainlocalthermodynamicsequilibriumandbased0nthemechanismsoffluidflow,theinteractionsofmass，momentumandenergyconservationforthephasesincludingliquid，solve，solid(ice)andsolid(porousmedia)inthef∞ezingprocess，solidificationquantumofliquidisexpressed雏masssinkforitsalfintheliquidm

7、assconservationequation,whileitisthemass$OUI'C@forsolid(icc)．Comparedwiththesinglephase-changeinterfaceduringthefreezingprocessbefore，theenthalpy-porositytechniqueisusedhereformodelingthefTeezingprocess．Inthistechnique,theinterfaceisnottrackedexplicitly．Instead,aquantitycalledtheliqu

8、idfraction．w