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导热控制型多孔介质冻结过程的数值模拟与实验研究

作　者: 高翔
导　师: 郑正泉
学　校: 华中科技大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 多孔介质冻结过程导热控制型热质传递容积平均法
分类号: TG111.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

多孔介质冻结过程是一个涉及固液相变的热质传递的十分复杂的课题。多孔介质几何结构的准确描述及热物性参数的确定一直是多孔介质热质传递研究的一个难点,此外多孔介质冻结过程中热量传递的同时还伴随质量的迁移。本文采用容积平均法和有效导热系数法,对导热控制型多孔介质的冻结过程提出了新的热质传递模型,该模型考虑了冻结过程中的物性参数变化和质量迁移并将相变过程的潜热项放在动态比热容项中。模型简单易懂,可以借助数值计算软件直接求解。为了验证模型和计算的准确性,本文分别以猪肉和含水量为36.6%及11.5%的土壤为例进行冻结实验,使用铜-康铜热电偶和数据采集系统测量温度,用天平测量冻结前后的质量,实验结果与数值模拟结果吻合较好,表明该模型和模拟结算是合理可靠的。由模拟和实验结果我们得出导热控制型多孔介质冻结过程中表面温度下降最快,中心温度下降最慢,温差约为2℃,各物性参数中含水量对冻结过程的影响最大,含水量大的多孔介质在相变阶段表面温度有明显的波动,冻结过程中的质量损失在初始时损失速率最大,伴随时间的推移损失速率越来越小,这为以后多孔介质冻结过程的进一步研究提供有意义的参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 前言  8
  1.2 多孔介质冻结过程的研究背景  8-11
  1.3 多孔介质冻结的研究状况  11-13
  1.4 本章小结和论文内容概述  13-15
2 理论基础  15-21
  2.1 固液相变研究的理论基础  15-16
  2.2 研究方法  16
  2.3 基本定律方程  16-18
  2.4 求解方法  18-20
  2.5 本章小结  20-21
3 多孔介质导热控制型冻结过程的积分近似解  21-29
  3.1 经典斯蒂芬(STEFAN)问题及诺伊曼解  21-23
  3.2 多孔介质导热控制型双区域冻结过程的分析  23-28
  3.3 本章小结  28-29
4 物性参数分析  29-37
  4.1 孔隙率(ε)  29-30
  4.2 渗透率(K-p )  30
  4.3 饱和度(S_W )  30
  4.4 毛细压力( P_c )  30-31
  4.5 冻结点  31
  4.6 含水量  31-32
  4.7 密度  32-33
  4.8 比热  33-34
  4.9 导热系数  34-35
  4.10 热扩散系数（a ）  35-36
  4.11 本章小结  36-37
5 建模分析及计算机模拟  37-43
  5.1 物理模型  37
  5.2 基本假设  37-38
  5.3 数学方程  38-39
  5.4 模拟计算框图  39-41
  5.5 模拟结果  41-42
  5.6 本章小结  42-43
6 实验验证  43-53
  6.1 实验原理  43
  6.2 实验设备和材料  43-45
  6.3 实验过程的描述  45-46
  6.4 实验数据处理和结果分析  46-52
  6.5 本章小结  52-53
7 全文总结及今后工作展望  53-55
  7.1 全文总结  53
  7.2 今后工作展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录1 作者攻读硕士期间发表的论文  60-61
附录2 本论文所使用到的基本符号表  61

导热控制型多孔介质冻结过程的数值模拟与实验研究

内容摘要

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