基于n-s方程的泡沫陶瓷微观渗流数值模拟

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1、土木工程与建筑学院首届青年学术论坛2011年基于N-S方程的泡沫陶瓷微观渗流数值模拟张三李四王五（西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都)摘要：用喉道和孔隙体构造孔径均匀，高度有序的泡沫陶瓷微观结构，孔隙之间的连通性用配位数描述。用N-S方程描述孔隙中的流体运动，建立数学模型，将流体力学理论引入到渗流力学中，通过对两种具有不同配位数的泡沫陶瓷渗流过程进行微观数值模拟，获得陶瓷微孔道中的流速场和压力场分布状况。计算结果表明，由于孔隙结构对渗流过程的影响，在相同压差的条件下，配位数为3的Ⅰ型泡沫陶瓷渗透流量比配位数为4的Ⅱ型泡沫陶瓷渗透流量高21.29％，Ⅰ型泡沫陶瓷渗透性能明显优于Ⅱ型

2、泡沫陶瓷。孔隙拓扑结构是影响泡沫陶瓷宏观渗透性能的重要因素，具有相同宏观统计参数（如孔隙率）的泡沫陶瓷，也会由于孔隙的分布方式不同而在性能上存在差异。研究结果对于多孔陶瓷制备与性能研究具有重要意义。关键词：泡沫陶瓷N-S方程微观配位数数值模拟中图分类号：TQ174.758文献标识码：文献标识码：ANumericalSimulationofMicrocosmicFlowinFoamCeramicsBasedonN-SEquationZHANGSan，LISi，WANGWu(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,InstituteofPoromec

3、hanics,WuhanPolytechnicUniversity,HubeiWuhan,China)Abstract:Themicrocosmicstructureoffoamceramicswhichwashighorderedwasconstructedbyporethroatsandporebodies,anditsconnectivitywasdescribedbycoordinationnumber.UsingN-Sequationasthegoverningequationoffluidflowinginmicro-pores,wesetupmathematicmodel

4、.Velocityfieldandpressfieldinmicro-poreswereobtainedbynumericalsimulationsofseepageprocessesintwokindsoffoamceramicswhichhaddifferentcoordinationnumbers.Simulationresultsshowedthatastheimpactofporestructuretoseepageprocess,inthesamedifferentialpresscondition,thefluxoffoamceramicsⅠwhichhadcoordin

5、ationnumber3washigherthanthefluxoffoamceramicsⅡwhichhadcoordinationnumber4by21.29%.FilteringcapabilityoffoamceramicsⅠwasobviouslybetter.Porestructureisanimportantfactortoimpactthemacroscopicallyfilteringperformanceoffoamceramics;Foamceramicswhichhavethesamemacroscopicallystatisticalparametersuch

6、asporositybutdifferentporedistributionfashionwillhavedifferentperformance.Conclusionsareusefulforpreparationandperformancestudyoffoamceramics.Keywords:foamceramics;N-Sequation;microcosmic;coordinationnumber;numericalsimulation土木工程与建筑学院首届青年学术论坛2011年1引言多孔陶瓷因特殊的孔隙结构和其本身的特殊性能，已成为一种性能优异，作用独特的新型材料。多孔陶

7、瓷的研究和开发工作已经受到人们普遍的重视，目前,许多国家和地区，尤其是欧、美、日在这方面投入了巨大的人力物力[1]。多孔陶瓷作为过滤器、净化器、分离器等，已广泛应用于汽车、冶金、石化、环境保护等领域。渗透性是多孔陶瓷过滤器、净化器的基本特性，渗透性能直接影响仪器的使用效果和能否满足生产需求。低压降、高渗透量是多孔陶瓷设计时的一个重要目标。目前，国内外已有许多学者在宏观尺度上对各种宏观统计参数和多孔陶瓷性能之间的关系进行了模拟和计算[2-7]。这