【摘 要】
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多孔介质存在于人们生活的方方面面,作为一种传热强化材料,并且在保温、隔热、过滤等很多方面都有着显著的优势,但是由于多孔介质结构复杂,内部孔隙分布具有随机性,所以研究多孔介质内部传热过程相对困难。本文针对上述问题,通过分形理论与蒙特卡罗法来对多孔介质内部的结构进行模拟,能够很好地针对多孔介质这种复杂的结构进行建模。所以,分形理论和蒙特卡罗法对于研究多孔介质的传热问题有着重要的意义。主要研究内容如下:
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多孔介质存在于人们生活的方方面面,作为一种传热强化材料,并且在保温、隔热、过滤等很多方面都有着显著的优势,但是由于多孔介质结构复杂,内部孔隙分布具有随机性,所以研究多孔介质内部传热过程相对困难。本文针对上述问题,通过分形理论与蒙特卡罗法来对多孔介质内部的结构进行模拟,能够很好地针对多孔介质这种复杂的结构进行建模。所以,分形理论和蒙特卡罗法对于研究多孔介质的传热问题有着重要的意义。主要研究内容如下:（1）分析多孔介质内部结构特点,运用分形理论来构造出多孔介质截面上的孔隙分布情况,同时考虑在含有液相时的多孔介质孔隙结构特性,构造出在含有液相时的多孔介质截面模型。（2）针对非饱和多孔介质的传热过程展开研究,通过对多孔介质的内部传热过程分析,基于分形理论与傅里叶定律,结合传热过程中的相关参数及计算公式,推导出了在含湿非饱和情况下的多孔介质的导热式。（3）对非饱和多孔介质内部的传热进行数据仿真,并与实验数据进行对比对照,验证新理论的准确性,得出导热系数与含湿率、孔隙率、加热时间、最大最小孔径比、分形维数和粗糙表面积的关系。并阐述产生这些关系的原因。（4）运用蒙特卡罗法产生随机数来近似构造多孔介质粗糙表面上微凸体的分布情况,通过Matlab建立粗糙表面的二维及三维模型,同时也根据分形理论与蒙特卡罗法的结合运用,建立了多孔介质粗糙表面传热的数学模型。（5）对分形蒙特卡罗法生成的粗糙表面数学模型进行相关数据代入,然后进行实验对照验证理论的准确性,进一步分析影响粗糙表面传热的因素及他们之间的变化关系。研究结果显示,在研究含湿非饱和多孔介质传热时,还应考虑多孔介质内部的相变对传热过程的影响。在研究粗糙表面传热时,使用分形-蒙特卡罗模拟使得结果更接近真实值,孔隙率与有效导热率存在负相关关系;含湿率与有效导热率呈正相关关系;分形维数与有效导热率呈负相关关系;同时导热率也与加热时间、最大最小孔径比、饱和度等有关。本研究能够具体地反映出多孔介质内的传热进程及多孔介质粗糙表面的微观结构的传热,对于具有微观结构的粗糙表面物质传热具有一定的指导意义。
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