多孔介質導熱的分形理論研究.pdf

1、長期以來,多孔介質內部結構的準確描述和熱物性的精確確定,一直是多孔介質傳熱傳質研究的一個難題.該文運用新興的分形理論,對多孔介質內部的導熱過程進行了較系統(tǒng)研究.研究了多孔介質剖面的分形維數,編制了多孔介質內部溫度場的計算程序,提出了一個基于分形理論的多孔介質導熱模型,探討了影響多孔介質內部有效導熱系數的各主要因素.該文首先討論了分形理論的基本原理,分析了其在多孔介質傳熱中的應用途徑.進一步利用分形理論和計算機圖像處理工具,對實際土壤圖片

2、的分形維數進行了理論計算.該分形維數較好地反應了土壤內部顆粒和孔隙的分布和幾何結構特征.同時,根據計算結果引出了分形理論的適用前提,推導了對于多孔介質分形理論適用判據,從而解釋了計算結果的合理性.為了能對多孔介質內部的導熱過程有個比較清晰、直觀的了解,該文運用有限差分法,對多孔介質剖面進行了離散化處理,以能量守恒原理為基礎,列出了網格點的控制離散方程組.結合多孔介質的固有不均勻特性,綜合考慮各網格界面上復雜的導熱系數的處理和選取,運用線

3、性方程組的求解方法,獲得了各網格點的溫度值.使用數學工具軟件Matlab編程,實現了溫度分布曲面的可視化.經驗證,這些溫度值是符合物理規(guī)律的.該文研究了多孔介質剖面內部的熱流狀況,計算了綜合考慮分形維數和孔隙率時各類多孔剖面的有效導熱系數,證明有效導熱系數和骨架占有率以及分形維數都有緊密的聯系.由于多孔介質的結構非常復雜,即使孔隙率相同,不同粒徑尺度和不同的粒徑分布使得多孔介質有著不同的有效導熱系數.此外,顆粒和顆粒之間還存在著接觸熱阻