多孔介質(zhì)導(dǎo)熱的分形理論研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來,多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確描述和熱物性的精確確定,一直是多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)研究的一個(gè)難題.該文運(yùn)用新興的分形理論,對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過程進(jìn)行了較系統(tǒng)研究.研究了多孔介質(zhì)剖面的分形維數(shù),編制了多孔介質(zhì)內(nèi)部溫度場(chǎng)的計(jì)算程序,提出了一個(gè)基于分形理論的多孔介質(zhì)導(dǎo)熱模型,探討了影響多孔介質(zhì)內(nèi)部有效導(dǎo)熱系數(shù)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(zhì)傳熱中的應(yīng)用途徑.進(jìn)一步利用分形理論和計(jì)算機(jī)圖像處理工具,對(duì)實(shí)際土壤圖片

2、的分形維數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算.該分形維數(shù)較好地反應(yīng)了土壤內(nèi)部顆粒和孔隙的分布和幾何結(jié)構(gòu)特征.同時(shí),根據(jù)計(jì)算結(jié)果引出了分形理論的適用前提,推導(dǎo)了對(duì)于多孔介質(zhì)分形理論適用判據(jù),從而解釋了計(jì)算結(jié)果的合理性.為了能對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過程有個(gè)比較清晰、直觀的了解,該文運(yùn)用有限差分法,對(duì)多孔介質(zhì)剖面進(jìn)行了離散化處理,以能量守恒原理為基礎(chǔ),列出了網(wǎng)格點(diǎn)的控制離散方程組.結(jié)合多孔介質(zhì)的固有不均勻特性,綜合考慮各網(wǎng)格界面上復(fù)雜的導(dǎo)熱系數(shù)的處理和選取,運(yùn)用線

3、性方程組的求解方法,獲得了各網(wǎng)格點(diǎn)的溫度值.使用數(shù)學(xué)工具軟件Matlab編程,實(shí)現(xiàn)了溫度分布曲面的可視化.經(jīng)驗(yàn)證,這些溫度值是符合物理規(guī)律的.該文研究了多孔介質(zhì)剖面內(nèi)部的熱流狀況,計(jì)算了綜合考慮分形維數(shù)和孔隙率時(shí)各類多孔剖面的有效導(dǎo)熱系數(shù),證明有效導(dǎo)熱系數(shù)和骨架占有率以及分形維數(shù)都有緊密的聯(lián)系.由于多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)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(zhì)有著不同的有效導(dǎo)熱系數(shù).此外,顆粒和顆粒之間還存在著接觸熱阻