毕业论文外文翻译

1、中国石油大学（华东）毕业设计外文翻译干燥毛细管多孔介质孔隙网络模拟.温度梯度的影响学生姓名：杨伟斌学 号：06042318 专业班级：过程装备与控制工程06-3班指导教师：曲燕 2010年6月20日干燥毛细管多孔介质孔隙网络模拟.温度梯度的影响F. Plourdea, M. Pratb,*摘要建立一个关于传热的干燥孔网模型，该模型被应用到研究毛细多孔介质内由温度梯度引起表面张力系数变化对相分布的影响。数值模拟表明，表面张力梯度可导致一个不稳定的渗流梯度(IPDG)模式或者一个稳定的渗流梯度模式取决于温度梯度的符号。表面张力梯度效应对于微弱无序多孔介质是很显著的，结果总结了在相图上可以作为温度梯

2、度和无序度参数功能的各种划定图案，在此图中，由于粘性和重力梯度引起相图重叠的情况忽略不计。这个结果也表明，当温度梯度和混乱按IPDG模式发展时，有可能存在一个有点矛盾的干燥对流情况，在这种情况下，与常规的情况相反，它能更有效地使空气冷却到多孔介质初时温度以下。2.孔隙网络模型 目前研究开发的孔隙网络模型为一个最初由Prat提出的扩展模型，正如大部分干燥孔网的研究，单组分液体是假定的(唯一例外的由Freitas和Prat对二元液体蒸发(evaporation of a binary liquid)的研究)，气相是二元混合物(液体中的气体+空气，与空气浓度相比气体浓度小)。贯穿整篇文章，蒸汽指的是

3、液体蒸发得到的气相而空气/蒸汽形成的气相将简单称为气相。在正如远低于沸腾温度的烘干模型，在气相中的传质仅因为扩散引起。假设毛孔相对较大，Kelvin效应可以忽略，为简单起见，假定一完全润湿液体，孔隙空间被定义为由随机大小的孔(点)与随机大小的喉(边)连接而成的网格，我们用一个正方形格子表示，正如图2所示。网格的三个边是不透水的(在这些边界上无传质)，蒸汽通过开放边逸出(图2中顶部边缘)。最初，网络中完全被液体浸透，在没有温度梯度时，用干燥算法读取IP域：1) 在网络中每个液体集群在当前是确定的；2) 单元边连接到入浸区域，它有最低的门槛毛细压力，用来是确定每个集群；3) 计算每个群集边界上的蒸

4、发通量；4) 对每一组，步骤(3)中确定的与蒸发通量相对应的质量损失被分配到步骤(2)；5) 单元边(以及相邻的孔)最终被渗透的是在步骤(2)中首先被完全耗散掉的单元；6) 更新网络内的相分布。门槛毛细管压力(步骤二)的经典表达式如下：其中是所考虑单元的宽度。 在这个阶段，要注意是表面张力系数也是温度的函数。因为是随温度变化的，因此，在存在温度梯度时，函数对温度的依赖性说明了一个传热和渗透的耦合过程。由于存在温度梯度诱导产生的计算热通量(步骤(3)需要从计算气相中气液分压进行二次修改。在等温条件下，弯月面的平衡蒸汽分压是一个常数(通过温度值确定)。由于平衡蒸汽分压是温度的函数，弯月面部分压力场

5、计算时边界条件在不同的空间存在温度梯度，这说明了传质和传热的耦合(反过来说传热取决于蒸发通量)，因此，在这里气相中的扩散传输以蒸汽分压的形式体现。假设一个准稳态的传输过程，在气相中用以下方程解决： 这里是蒸汽在气相中的二位扩散系数，是气相的总压，是蒸汽分压，是通用气体常数,是蒸汽分子质量，为温度。方程表示在气相域以一个标准有限体积方法的离散。假设在每个键中为一个一维的传递，这就导致表示在被气相占领的网络中每个点ij质量流量平衡方程如下： 这里下标n,s,w,e指的是点ij的相邻点：顶部(北)，底部(南)，左侧(西)和右侧(东)的节点，该通量离散形式如下： 当相邻网点i是气相节点 当相邻网点i是

6、液相节点 这里e是该网络层厚度，是平衡蒸汽分压,是连接网点ij与相邻点单元宽度，而是网点ij与位于入口相邻单元边(当相邻孔位液相)弯月面之间的距离。在界面边界(孔网模型的开放边)，蒸汽在界面边界入口的质量流量表示为： 这里是界面边界上的蒸汽分压，是周围环境中的蒸汽分压。传质系数h是在界面边界网络处假定一扩散层厚度时的估计值，即的实际计算如下： 其中，即通过相等的晶格间距a,外部扩散传递的有效度是内部扩散传递的10倍，大约是外部质量边界层的厚度a/10,即0.1毫米，在第四部分的模拟中采用。该系统离散化后，可用共轭梯度法解决，更多详细的网络扩散运输计算可以在文献14中找到。当前模型的一个重要特征

7、是能在渗透的每一步计算温度场。相对于气相扩散输运阶段，计算的本质区别是热传递不仅发生在孔隙空间而且在固相区。正如前所述考虑传热的孔网模型，能量方程1617，是在比扩散方程网格精度高一倍的网格上进行计算，因此热网络的节点位于固相区，如图3所示。对于本文考虑的情况（温度低于沸点），对流传热在多孔介质内是可以忽略的。假定一个准稳定的导热传热过程，在每一步渗透热网络时求解能量方程可简单的表示为： 这里导热系数取决于内部网络的位置。由于固相是由2D孔隙空间网络中离散颗粒形成的(见图2)应该应用一些近似模型用来连接导热传热。事实上正如图3所示，在热网格中有五种类型单元边(bond)：(a)单元边连接两个位

8、于液相区的节点；(b)单元边连接两个位于气相区的节点；(c)单元边连接一个气相节点和一个固相节点；(d)单元边连接一个液相节点和一个固相节点；(e)单元边位于弯月面处。为了简单起见，与(a)和(b)相对应的单元边指定为导热系数，与(b)和(c)对应的指定为，这里和分别为饱和液体和蒸汽相对应的有效热传导率。需要指出的是，有效热传导与网络模型的单位不一致，因为有效热传导的单位与传统的达西模型一致。在定性研究范围内，有效传导率是固相热连接的简单方式。采用颗粒水平的传导性，在以前的工作17中发现是一个令人满意的做法，实际也是模型中的常规做法，(如16)因此本文也采取。和是根据平行布置的模型估计的， 这

9、里是孔隙率，分别是气相、液相、固相的导热系数。再次我们只需要合理的估算热网格单元边的导热系数。任何其他合理的热导率估计值都可以被很好的使用。使用有限体积法离散的概念表示热网格中的每个点ij热流平衡方程如下： 的节点与弯月面不相邻，当没有弯月面位于两节点之间时，两节点之间的离散通量可表示为： 这里或取决于流体占据孔隙空间网络复杂单元边的情况，是两节点之间的交换面积(如图三所示)，这里下标n,s,w,e指的是热网格中点ij的相邻点：顶部(北)，底部(南)，左侧(西)和右侧(东)节点。当两个节点之间存在弯月面时，离散化会更复杂的。考虑到如图(4)所描绘的情况，在弯月面上热流平衡如下所示。 这里是每单

10、位质量的汽化焓，F是弯月面中的蒸汽质量流率，离散化方程(11)可以被写为： 这里弯月面的温度，从以上方程，可以用表示和F。这可以导出以下的表达式 (13) (14) (15) (16)这里。关于热网格上的边界条件，零通量情况利用侧向边界而温度在顶部和底部边缘加强，当然这是只有一种在顶部边缘近似传热的问题，但是，这种符合事实的蒸发通量比我们的模拟的值小。由离散化造成的系统问题可以用共轭梯度法解决。考虑到热梯度最终产生以下算法：1) 确定网络中的每个液体集群；2) 计算每个集群边界上的蒸发通量；3) 计算温度场；4) 在单元边连接已经渗透的区域，确定每个集群的最低门槛毛细压力；5) 对每一组，步骤

11、(2)中确定的与蒸发通量相对应的质量损失被用到步骤(4)确定的单元边上；6) 最终渗透的单元边(和相邻的孔)的是在步骤(4)确定的第一次完全耗散的单元边界；7) 网络内的相分布的更新和过程是重复进行的，直到指定数目的单元边被渗透。由于传质传热的耦合，应该在步骤(2)和(3)中应该使用一个迭代程序。但对本文考虑的情况，两者渗透时温度场变化较小，因此迭代过程不需要执行，它是充分利用了前一阶段即步骤(2)温度计算蒸汽流量。带相变多孔结构局部加热时的传质传热：连续流模型和孔隙网络模拟C.Figus,Y.Le Bray, S. Bories, M.Prat摘要对上表面局部加热和蒸发的多孔结构内进行传质传

12、热的数值研究，给出了两种模型：连续(Darcy)模型和孔网模型，这两种方法都表明气液相前端进入多孔结构中。当结构特征为单孔径是，连续模型和孔网模型均能得到相同的稳定解并且气液相前端是光滑的；当存在孔径分布时，孔隙网络模型模拟结果表明前面典型的非线性前端类型为入侵渗流。对毛细管泵循环(CPL)结果的影响进行了探讨。在特殊情况下，结果表明，毛细管扰动可能会影响CPL的工作范围。4.孔隙网络模拟在多孔介质中，孔隙网络模拟已经被广泛应用于研究不混溶驱替(immiscible displacements)以及许多传递过程13,正如前所述，这种模式已被应用于研究气液相交换现象141516。然而在这些研究中

13、，相变是被恒温或者准恒温条件下的传质作用驱动的。众所周知，多孔介质中考虑了气液相变传热的第一个孔网模型就是当前研究所采用的模型11,15，并且是被Satik 和Yortsos开发的16。在这种类型的模型中，孔隙空间用一个网络点(孔)和边(喉)模拟的。正方形网格应用于当前的研究，如图9所示。考虑到固相中导热传热的需要应考虑如下的互补正方形。对于连续流模型，重力效应可以忽略，孔网模型中的关键内容如下：质量和动量平衡使用的方法类似于一个标准有限体积法，在节点i处连续方程可离散为如下： 这里i=l或v取决于占据节点i流体，k从1变化到4其中1(相应的2,3,4)分别对应于节点位置边的北(相应的东，南，

14、西)，是单元边对应的截面，是单元边中的平均速度，由Poiseuille定律求得， 在方程(16)中，是吼道长度，是节点i处的压力，是有吼道k连接的节点i与相邻节点处的压力，是吼道k导流率，可以用水力直径经典表示为：和其中是吼道周界是吼道部分，在这种方法中，压降被假设为只与吼道有关，方程(15)适用于一个被不包含气液相界面单元边连接相邻节点的节点(在这个模型中，弯月面被假定围稳定在两者之间渗透的单元边)。当单元存在气液相界面是，为考虑因质量流量而发生的企业相界面的改变，方程(15)需修正。例如，在包含一个气液相界面的单元中蒸汽节点的情况下，质量平衡可表达为： 其中是单元中与相变相关的质量流量，是

15、从气液相界面能量平衡推导出来的，解释如下。能量平衡固、液和气相中的热传导和相变换热都被模拟，与导热和潜热相比辐射和对流换热可以忽略，为了考虑整个固相的导热要考虑一个比孔隙网络更好的网络，如图9所示，这个网络被称为热网格。正如从图9可以看出，热网格中两节点之间的距离比孔隙网络两节点的距离小两倍。除孔隙空间的网络的节点外，补充节点位于固相区和单元中间，i节点的能量方程表示如下： 其中是节点i的温度，是第一个相邻节点k的温度，是被考虑节点之间的交换面积，如图9所示，是热网络中两节点之间的距离，是连接节点i和相邻节点k部分的部分导热率，这是第一次根据串联模型表达为： 其中和分别为固相液相(液体和蒸汽)

16、的导热系数，方程(19)低估了热传导，因为在我们的模型中固相是不连续的而是孤立颗粒组成的，因此方程(19)与真正三维体系相比，夸大了液相热对流的影响。此问题已经通过下式取代方程(19)而得到解决： 其中为充满液体(f=l)或蒸汽(f=v)的多孔介质的有效导热系数，见3.1部分，最重要的一点是每个饱和区的表观导热率，液体或气体，是大体相同的再连续和离散的方法中。我们即将看到，方程(20)可以得出与连续模型预期相符的令人满意的结论。当然，这部分模型可以很容易的被修改和改进，如果需要的话。边界条件边界条件与使用连续介质模型相似，方程(10)(14),除了在沟槽毛细界面施加通量条件的热边界问题，即：A

17、t 方程(21)中的因子1/20是通过翅片槽区域纯热导的初步模拟中推导出来的，并且直接后果是与金属翅片相比蒸汽热导率低得多。虽然这个边界条件比以前考虑的零通量情况比较满意，对结果的影响较弱，但是为了两种模型之间的比较，部分利用了方程(10)(14)。在每个气液相界面利用了饱和温度。源项m源项m是在每个气液相界面通过能量平衡定义的： 数值计算程序数值计算程序可以按如下概括，最初网络充满液体，除了肋下的第一层单元边(bond)充满蒸汽(为了便于蒸汽从肋下逸向槽中)。温度场通过求解方程(18)定义的系统后确定，每个液相界面的源项由方程(22)推导，这能使我们通过解方程组(15)(17)确定压力场，一旦压力场知道了，不同压力下通过气液相界面的压差被确定并且与拉普拉斯算法给定的最大压力相比，即：其中为表面张力，为润湿角(假设等于零)并且为喉宽度，对相同的单元，发现(除了足够低的热负荷)，表明没有得到稳定解。在此阶段，开发了各种单元入浸标准。我们