多孔介质渗流、干燥特性的分形研究

【摘要】：多孔介质传热传质过程遍及于工农业生产和人类社会生活的诸多领域,尤其内部渗流过程和干燥湿分迁移过程的模型模拟一直是当今多孔介质传递研究的重点和热点。然而,由于多孔介质内部结构的复杂性,难以建立能够较好地描述多孔介质内部传递过程的模型。基于“连续介质假设”建立的相关理论和模型在发展上受到制约,而规则化的孔道网络模型也并不能真实反映多孔介质复杂孔隙结构。分形理论的引入为多孔介质传递过程提供了新的研究思路与方法,目前这一领域的研究还处于起步阶段。本文运用分形理论考虑了多孔介质内部复杂结构特征,从而更好的模拟和研究多孔介质渗流过程和干燥湿分迁移过程。 本文抓住多孔介质传递过程研究中复杂结构因素这一重点与难点,运用分形理论和流体力学的相关知识推导出了分形多孔介质的孔隙率和渗透率表达式,将多孔介质渗透率预测值与Ergun关系式预测值和实验值相比较,验证该模型的准确性和可行性。选取某颗粒填充床为研究对象,建立了气相渗流控制方程,并采用SIMPLE算法对其进行数值求解,分析了定量表征多孔介质不规则细微结构特性参数对多孔介质渗流过程的具体影响。 将分形理论和传递过程原理等相关知识相结合来研究多孔介质干燥湿分迁移过程。首先,对多孔介质的扩散过程进行分形描述,进一步引入了孔道表面分形维数并建立了分形孔道模型,分析了孔隙分形维数和孔道表面分形维数对多孔介质扩散特性的影响。在此基础上,对液相蒸发、气相扩散方程进行有限差分。选取马铃薯为主要研究对象,并对其进行数值模拟；同时,研究了外部干燥因素对热风干燥特性的影响,模拟了不同热风温度、热风速率等因素的变化对干燥特性的影响。最后,针对分形孔道模型中的主要参数进行模拟研究,分析了定量表征多孔介质不规则细微孔隙结构特性的参数对物料干燥过程的具体影响。 本文所作的分析计算和模拟研究对多孔介质渗流过程和干燥湿分迁移过程的研究提供一定的参考价值。