外文翻译-干燥毛细管多孔介质孔隙网络模拟.温度梯度的影响.doc

中国石油大学（华东）毕业设计 外文翻译 干燥毛细管多孔介质孔隙网络模拟干燥毛细管多孔介质孔隙网络模拟.温度梯度的影响 F. Plourdea, M. Pratb,* 摘要 建立一个关于传热的干燥孔网模型，该模型被应用到研究毛细多孔介质内由温度梯度引起表面张力系数变化对相分布的影响。数值模拟表明，表面张力梯度可导致一个不稳定的渗流梯度(IPDG)模式或者一个稳定的渗流梯度模式取决于温度梯度的符号。表面张力梯度效应这个结果也表明在这种情况下，2.孔隙网络模型 目前研究开发的孔隙网络模型为一个最初由Prat提出Freitas和Prat对二元液体蒸发(evaporation of a binary liquid)的研究)，气相是二元混合物(液体中的气体+空气，与空气浓度相比气体浓度小)。贯穿整篇文章，蒸汽指的是液体蒸发得到的气相而空气/蒸汽形成的气相将简单称为气相。在正如远低于沸腾温度的烘干模型，在气相中的传质仅因为扩散引起。假设毛孔相对较大，Kelvin效应可以忽略，为简单起见，假定一完全润湿液体，孔隙空间被定义为由随机大小的孔(点)与随机大小的喉(边)连接而成的网格，我们用一个正方形格子表示，正如图2所示。网格的三个边是不透水的(在这些边界上无传质)，蒸汽通过开放边逸出(图2中顶部边缘)。最初，网络中完全被液体浸透，在没有温度梯度时，用干燥算法读取IP域： 在网络中每个液体集群在当前是确定的； 单元边连接到入浸区域，它有最低的门槛毛细压力，用来是确定每个集群； 计算每个群集边界上的蒸发通量； 对每一组，步骤(3)中确定的与蒸发通量相对应的质量损失被分配到步骤(2)； 单元边(以及相邻的孔)最终被渗透的是在步骤(2)中首先被完全耗散掉的单元； 更新网络内的相分布。 门槛毛细管压力(步骤二)的经典表达式如下： 其中是所考虑单元的宽度。 在这个阶段，要注意是表面张力系数也是温度的函数。因为是随温度变化的，因此，在存在温度梯度时，函数对温度的依赖性说明了一个传热和渗透的耦合过程。由于存在温度梯度诱导产生的计算热通量(步骤(3))需要从计算气相中气液分压进行二次修改。在等温条件下，弯月面的平衡蒸汽分压是一个常数(通过温度值确定)。由于平衡蒸汽分压是温度的函数，弯月面部分压力场计算时边界条件在不同的空间存在温度梯度，这说明了传质和传热的耦合(反过来说传热取决于蒸发通量)，因此，在这里气相中的扩散传输以蒸汽分压的形式体现。假设一个准稳态的传输过程，在气相中用以下方程解决： 这里是蒸汽在气相中的二位扩散系数，是气相的总压，是蒸汽分压，是通用气体常数,是蒸汽分子质量，为温度。方程表示在气相域以一个标准有限体积方法的离散。假设在每个键中为一个一维的传递，这就导致表示在被气相占领的网络中每个点ij质量流量平衡方程如下： 这里下标n,s,w,e指的是点ij的相邻点：顶部(北)，底部(南)，左侧(西)和右侧(东)的节点，该通量离散形式如下： 当相邻网点i是气相节点 当相邻网点i是液相节点 这里e是该网络层厚度，是平衡蒸汽分压,是连接网点ij与相邻点单元宽度，而是网点ij与位于入口相邻单元边(当相邻孔位液相)弯月面之间的距离。在界面边界(孔网模型的开放边)，蒸汽在界面边界入口的质量流量表示为： 这里是界面边界上的蒸汽分压，是周围环境中的蒸汽分压。传质系数h是在界面边界网络处假定一扩散层厚度时的估计值，即的实际计算如下： 其中，即通过相等的晶格间距a,外部扩散传递的有效度是内部扩散传递的10倍，大约是外部质量边界层的厚度a/10,即0.1毫米，在第四部分的模拟中采用。该系统离散化后，可用共轭梯度法解决，更多详细的网络扩散运输计算可以在文献[14]中找到。 当前模型的一个重要特征是能在渗透的每一步计算温度场。相对于气相扩散输运阶段，计算的本质区别是热传递不仅发生在孔隙空间而且在固相区。正如前所述考虑传热的孔网模型，能量方程[16][17]，是在比扩散方程网格精度高一倍的网格上进行计算，因此热网络的节点位于固相区，如图3所示。对于本文考虑的情况（温度低于沸点），对流传热在多孔介质内是可以忽略的。假定一个准稳定的导热传热过程，在每一步渗透热网络时求解能量方程可简单的表示为：