含相变的两相流动与传热问题的数值模拟及比定压热容研究
本文针对含相变的两相流动与传热的几个实际问题进行数值模拟研究，其中包括：生物质颗粒热解及超临界水制氢、房间火灾中双扩散对流效应及水喷淋对烟气迁移的影响、两相流中非平衡相变比定压热容的公式推导和计算。具体内容为：
1.对单个球形生物质颗粒的热解过程进行数值模拟。利用双倒易边界元法和四阶龙格—库塔方法分别对非线性的导热方程和化学反应动力学方程组进行求解。讨论了生物质颗粒的大小与环境温度对热解时间和热解产物中相关组分质量分数的影响。
2.对生物质在超临界水环境下气化制氢过程提出简化的两相流物理化学模型，并采用双倒易边界元法—有限体积法耦合的多尺度算法进行数值模拟。着重讨论了温度、颗粒半径对气化率、生成气体摩尔百分比的影响。计算结果表明，颗粒的半径主要影响生物质颗粒气化分解的速率，而温度主要影响颗粒气化产物进一步生成氢气的过程。
3.通过对一个小尺度房间内发生火灾时烟气运动状况的数值模拟，讨论了双扩散对流效应以及水喷淋作用对烟气速度、温度分布以及烟气颗粒、一氧化碳迁移的影响。同时，比较了烟气颗粒和一氧化碳的传播速率。
4.应用两相流及热物理理论，推导了有相变的两相流系统非平衡过程的比定压热容计算式，并对实际的空气-水蒸气-水两相流动的换热过程进行了多尺度数值模拟。计算结果揭示了比定压热容与两相流动传热之间的相互影响：比定压热容的变化明显受到水颗粒相变过程的影响，颗粒的半径越小，比定压热容变化越大；用平衡相变过程比定压热容计算的混合流体温度要高于非平衡相变过程，两者的差异随着颗粒的蒸发而逐渐增大。同时，比较了非平衡相变与质量加权平均的比定压热容值之间的差异。
- 作者：
- 胥凯
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院物理科学学院
- 专业名称：
- 工程热物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 卢文强
- 中图分类号：
- TK121
- 关键词：
- 两相流动
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