基于统计相似表征体元颗粒无序堆积流动传热与壁面效应研究

基本信息
批准号:51476124
项目类别:面上项目
资助金额:83.00
负责人:杨剑
学科分类:
依托单位:西安交通大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曾敏,步珊珊,刘衍,李龙,吴江权,程志龙
关键词:
颗粒无序堆积统计相似壁面效应表征体元
结项摘要

The flow and heat transfer in random packed system of particles is a fundamental process in many fields, such as nuclear and chemical industries. The complexity of the process is mainly caused by the randomness and heterogeneity of the random packed structures, and it is necessary to study the flow and heat transfer by using volume averaged macroscopic method combined with pore-scale microscopic method. However, it is found that, studies on constructions of random packing structures and the definition of the representative elementary volume are still quite insufficient. Meanwhile, the fundamental mechanism and effects caused by the wall effect inside the random packed tube are also unclear. Therefore, in the present project, the statistical similarity principle would be employed to establish a reasonable definition of the random packed representative elementary volume. Furthermore, together with the volume averaged method, the macroscopic hydrodynamic and heat transfer computational model of random packed porous media with wall effect inside should also be improved. In addition, both the electrochemical and macroscopic flow and heat transfer experiments would be carried out to explore the local turbulent fluctuation of the fluid inside different pores of the random packed tubes, and the fundamental mechanism and effects caused by the wall effect inside would be explained. Finally, the regression analysis method based on Genetic Programming and Genetic Algorithm would be used to established the general experimental correlations of macroscopic flow and heat transfer in the random packed tubes with wall effect inside, which would be used to validate and improve the corresponding theoretical models. This result would provide a scientific support for practical engineering applications.

颗粒无序堆积体系内的流动传热过程是核能、化工等众多领域内的基本过程,其复杂性源于孔隙结构的随机性与不均匀性,须将体积平均宏观研究方法与孔隙尺度微观研究方法结合起来研究。但目前在颗粒无序堆积孔隙构建及相应表征体元选取方面还存在较多不足,对于颗粒无序堆积通道内壁面效应的产生机理及其影响机制的研究也相对匮乏。本项目拟依据统计相似原理,确立颗粒无序堆积表征体元的选取准则,结合体积平均方法完善壁面效应下颗粒无序堆积多孔介质内的宏观流动与传热计算模型。开展电化学实验与宏观流动传热性能测试实验,探明颗粒堆积通道不同区域孔隙内流体的局部脉动发展过程,并对壁面效应的产生机理及影响机制进行阐释。在此基础上,运用遗传规划与遗传算法相结合的回归方法建立壁面效应下颗粒无序堆积通道内统一的宏观流动与传热实验关联式,并对理论模型进行验证和完善,从而为实际工程应用提供理论支持。

项目摘要

颗粒堆积体系内的能质传递与转化现象在自然界及实际工业应用中广泛存在,如:地下水污染物扩散、石油/天然气开采、球床反应堆堆芯设计、催化床反应器性能优化、铁矿石烧结与冷却等,了解并掌握颗粒堆积体系内的能质传递与转化规律是保证能源高效利用及相应设备安全运行的前提之一。本项目主要围绕颗粒无序堆积复杂孔隙结构构建、颗粒无序堆积壁面效应影响机制、颗粒无序堆积流态转捩变化规律及颗粒无序堆积有效导热系数快速预测四个方面展开深入研究。在颗粒无序堆积复杂孔隙结构构建方面,基于离散单元法构建了圆球颗粒无序堆积复杂孔隙结构,获得了不同管径粒径比下堆积床内孔隙率的径向变化规律及通道壁面对堆积床孔隙率径向分布的影响机制。在颗粒无序堆积通道壁面效应影响方面,对不同结构圆球颗粒复合无序堆积通道内的流动换热特性进行数值研究,获得了抑制堆积通道壁面效应和提高其综合换热效率的颗粒堆积方法。在颗粒无序堆积流态转捩变化方面,设计并搭建了颗粒无序堆积流动转捩电化学实验平台,基于电化学方法研究了较大管径粒径比条件下不同粒径无序堆积床和不同管径粒径比条件下颗粒无序堆积床孔隙内流体的脉动变化,获得了壁面效应条件下堆积床内流体流态的变化规律。在颗粒堆积有效导热系数快速预测方面,基于欧姆定律和基尔霍夫定律等效热阻网络法,结合统计平均和表征体元方法对颗粒无序颗粒堆积床的有效导热系数进行了合理预测。项目研究结果对颗粒无序堆积复杂孔隙结构构建、表征体元选取、揭示颗粒无序堆积壁面效应对流动转捩及传热影响机制并实现无序堆积床有效导热系数快速准确预测均有重要意义。项目共发表学术论文41篇,其中SCI期刊论文12篇,EI期刊论文9篇,国际会议论文12篇,国内会议论文8篇;受邀国际会议特邀报告1次(PRES2017);培养毕业博士研究生2名,毕业硕士研究生4名,在读博士研究生4名,在读硕士研究生1名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015

杨剑的其他基金

批准号:81770425
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:60905027
批准年份:2009
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20801019
批准年份:2008
资助金额:9.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21071055
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:81400295
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51172076
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81570379
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:71303003
批准年份:2013
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81470500
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:51106126
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41240037
批准年份:2012
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81601576
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81170213
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:41606099
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41901335
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21471090
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:31071907
批准年份:2010
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:61501471
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31460556
批准年份:2014
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51204220
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860600
批准年份:2018
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30600022
批准年份:2006
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30700174
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81100500
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

边壁区纳米颗粒性态对悬浮液流动与传热的影响

批准号:50906024
批准年份:2009
负责人:周乐平
学科分类:E0603
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

非均匀壁面粗糙度棒束间流动传热与涡结构运动特征研究

批准号:51206183
批准年份:2012
负责人:鄢炳火
学科分类:E0602
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

壁面微图案化对液体流动和传热传质特性的影响机制

批准号:51576070
批准年份:2015
负责人:蒋翔
学科分类:E0603
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

沟槽壁面强化环隙内Taylor-Couette流动传热过程的机理研究

批准号:51676086
批准年份:2016
负责人:刘栋
学科分类:E0602
资助金额:60.00
项目类别:面上项目