近饱和条件下非饱和多孔介质渗流过程的数值分析 被引量：5

1

作者 陈盼 韦昌富 +2 位作者 王吉利 伊盼盼 曹华峰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期295-300,共6页

在非饱和多孔介质渗流分析中,近饱和条件下物理模型与数值模型之间的差异会导致数值不稳定问题。为解决这一问题,并保证模拟结果的可靠性,提出了3种方法,并在有限元分析程序U-DYSAC2中分别进行了程序代码的实施。通过数值试验与试验数... 在非饱和多孔介质渗流分析中,近饱和条件下物理模型与数值模型之间的差异会导致数值不稳定问题。为解决这一问题,并保证模拟结果的可靠性,提出了3种方法,并在有限元分析程序U-DYSAC2中分别进行了程序代码的实施。通过数值试验与试验数据的比较,证实了在近饱和条件下土-水特征曲线和水力传导函数的高非线性可引起数值收敛性、稳定性和精度问题,而且在不同条件下含水率和基质吸力的预测结果差异明显。在3种方法中,修正的Van Genuchten模型(MVGM)方法对含水率的预测较为准确,而Line方法对基质吸力的预测较为合理。因此,解决在分析近饱和条件下非饱和多孔介质渗流问题时,为获得接近真实的模拟结果,采用合适的数值方法进行预测是非常关键的。 展开更多

关键词 近饱和状态 土-水特征 渗流分析 非饱和多孔介质 数值稳定性

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考虑毛细滞回效应的非饱和多孔介质渗流与变形耦合本构模型 被引量：2

2

作者 马田田 韦昌富 +2 位作者 李幻 陈盼 魏厚振 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期198-204,共7页

在Wheeler本构模型框架的基础上,提出了一个水力与力学耦合的本构模型。该模型中的土-水特征曲线采用毛细滞回内变量模型,能够更好地描述水力历史变化下毛细滞回现象对非饱和多孔介质变形的影响,同时也可描述非饱和多孔介质变形对渗流... 在Wheeler本构模型框架的基础上,提出了一个水力与力学耦合的本构模型。该模型中的土-水特征曲线采用毛细滞回内变量模型,能够更好地描述水力历史变化下毛细滞回现象对非饱和多孔介质变形的影响,同时也可描述非饱和多孔介质变形对渗流的影响。非饱和土的强度不仅与吸力有关,而且受到饱和度的影响。相同的吸力下,土样经过吸湿和脱湿路径的饱和度不同,因此,非饱和土的强度也不同。此模型以体积含水率的塑性变化和体变的塑性变化为硬化参数,不仅能描述基质吸力对非饱和土的强化作用,而且考虑了饱和度对强度及变形的影响。试验结果与模型预测基本吻合,证明该模型能够模拟非饱和土的主要特性。为了简化,此模型是在各向同性荷载下推得的,有待于推广到一般的应力状态。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 本构模型 毛细循环 渗流与变形耦合

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单层非饱和多孔介质一维瞬态响应半解析解 被引量：2

3

作者 凌道盛 王筠 +1 位作者 单振东 丁皓江 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期25-34,共10页

基于Zienkiewicz提出的非饱和多孔介质波动理论,考虑两相流体和固体颗粒的压缩性以及惯性、黏滞和机械耦合作用,采用半解析的方法获得了一类典型边界条件下单层非饱和多孔介质一维瞬态响应解。首先推导出无量纲化后以位移表示的控制方程... 基于Zienkiewicz提出的非饱和多孔介质波动理论,考虑两相流体和固体颗粒的压缩性以及惯性、黏滞和机械耦合作用,采用半解析的方法获得了一类典型边界条件下单层非饱和多孔介质一维瞬态响应解。首先推导出无量纲化后以位移表示的控制方程,并将其写成矩阵形式;然后,将边界条件齐次化,求解控制方程所对应的特征值问题,得到了满足齐次边界条件的特征值和相对应的特征函数。根据变异系数法并利用特征函数的正交性,得到了一系列仅黏滞耦合的关于时间的二阶常微分方程及相应的初始条件。在此基础上,运用精细时程积分法给出了常微分方程组的数值解。最后,通过若干算例验证了结果的正确性并探讨了单层非饱和多孔介质一维瞬态动力响应的特点。该方法可推广应用于其他典型的边界条件。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 瞬态响应 半解析解 精细时程积分

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非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合的混合元法 被引量：5

4

作者 刘泽佳 李锡夔 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期170-175,共6页

提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法．固相位移、应变和净应力; 孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度;多相混合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值．基于胡海昌-Washiz... 提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法．固相位移、应变和净应力; 孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度;多相混合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值．基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理给出的多孔介质中热-渗流-力学耦合问题控制方程的单元弱形式,导出了单元公式．采用共旋公式进行几何非线性分析．数值结果证明了所提出的单元模拟以应变局部化为特征的渐进破坏的能力． 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 混合元 热-渗流-动力耦合分析 应变局部化 渐进破坏

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非饱和多孔介质层中Love波频散特性

5

作者 邵长金 崔为涛 +1 位作者 赵哲 戴乐根 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期59-65,共7页

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态... 为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。 展开更多

关键词 LOVE波 非饱和多孔介质 频散特性 连通率 敏感性分析

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层状含气泡非饱和多孔介质的声反射与声透射 被引量：1

6

作者 华健 郑广赢 +1 位作者 黄益旺 王飞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1032-1038,共7页

为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透... 为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透射波的平面波解代入修正后的Biot波动方程,通过分析平面波垂直入射的边界条件推导了声波的反射系数和透射系数。数值分析表明,气泡的大小、含量以及介质层的厚度是影响声波在层状多孔介质声学特性的重要因素。当入射声波频率很低时,介质层尺度相比波长而言很小,呈现很好的透声性能;声波频率很高时,波长很小,透射系数和反射系数都呈现振荡趋势;而当声波频率在气泡共振频率附近时,气泡的共振引发层状多孔介质的高衰减,使得声波很难穿透。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 气泡 层状 反射 透射 多孔介质 BIOT波动方程

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非饱和多孔介质有效应力计算公式的理论研究

7

作者 李培超 徐献芝 孔祥言 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期343-346,共4页

基于多孔介质的有效应力原理,解析推导出了非饱和土的有效应力计算公式,并将其推广到了非饱和多孔介质情形.该有效应力公式中没有出现难以确定的Bish-op经验系数,而是包含了渗流力学中常用的孔隙度、饱和度、毛管力等物理含义明确的参量.

关键词 非饱和多孔介质 非饱和土 有效应力 孔隙度 饱和度 毛管力

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单层非饱和不可压缩多孔介质一维瞬态响应精确解

8

作者 杨相如 陈雪梅 赵云 《地震工程学报》 北大核心 2025年第3期522-528,共7页

针对现有研究尚未给出不可压缩非饱和多孔介质瞬态响应的精确解问题,根据Zienkiewicz等提出的非饱和多孔介质波动方程,假定三相均不可压缩,并考虑各相材料间的惯性、黏滞和机械耦合作用,获得一维情况下的单层非饱和多孔介质瞬态响应问... 针对现有研究尚未给出不可压缩非饱和多孔介质瞬态响应的精确解问题,根据Zienkiewicz等提出的非饱和多孔介质波动方程,假定三相均不可压缩,并考虑各相材料间的惯性、黏滞和机械耦合作用,获得一维情况下的单层非饱和多孔介质瞬态响应问题的精确解。以液相流体相对位移为自变量,首先推导出无量纲形式的控制方程,给出无阻尼系统的特征值和特征函数,再根据常数变异法和特征函数的正交性,将原问题转化为一组二阶常微分方程中的初值问题,并用状态空间法求解,进而获得原问题位移和应力的精确解答。通过与已有解析和数值结果对比,验证该解答的正确性。算例分析表明,在不可压缩非饱和多孔介质中,只有一种压缩波;在固定位移边界处,可产生与入射波相位相反的压缩波,且响应幅值随着饱和度的增加呈现减小趋势。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 不可压缩 瞬态响应 精确解

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基于非饱和多孔隙介质BISQ模型的储层参数反演 被引量：45

9

作者 聂建新 杨顶辉 杨慧珠 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期1101-1105,共5页

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制 .文中基于同时包含这两种力学机制的非饱和多孔隙BISQ模型 ,利用小生境遗传算法实现了储层参数 (孔隙度、渗透率、含流体饱和度等 )的反演 .结果表明 ,本文方法在储... Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制 .文中基于同时包含这两种力学机制的非饱和多孔隙BISQ模型 ,利用小生境遗传算法实现了储层参数 (孔隙度、渗透率、含流体饱和度等 )的反演 .结果表明 ,本文方法在储层参数的反演过程中目标函数收敛快、且具有较强的抗“噪声”干扰性能 ,当观测噪声ε≤ 5 %时 ,储层参数的反演精度很高 .最后 ,通过实测数据的反演应用验证了该方法处理储层参数反演问题的有效性和非饱和BISQ模型的准确性 . 展开更多

关键词 储层参数 非饱和BISQ模型 遗传算法 反演 非饱和多孔介质

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不同底部渗透条件下非饱和海床一维稳态响应

10

作者 马荣 单振东 景立平 《地震工程与工程振动》 北大核心 2025年第1期154-165,共12页

为了研究地震作用下海底沉积层的动力响应特性,文中建立了单层非饱和多孔介质海床模型,给出了其控制方程、边界条件以及波场表达式,得到了不同底部透水性能条件下非饱和海床稳态响应解析解。通过数值算例,分析了不同底部渗透条件、饱和... 为了研究地震作用下海底沉积层的动力响应特性,文中建立了单层非饱和多孔介质海床模型,给出了其控制方程、边界条件以及波场表达式,得到了不同底部透水性能条件下非饱和海床稳态响应解析解。通过数值算例,分析了不同底部渗透条件、饱和度、渗透系数、入射波频率以及深度对固体表面位移放大系数和孔隙水压力的影响,得出了以下主要结论:在低频条件下,沉积层饱和度对位移放大系数以及孔隙水压力所产生的影响相对微弱;而在频率升高的情况下,沉积层饱和度对位移放大系数和孔隙水压力的影响程度则显著增强。在低频条件下,底部透水沉积层的位移放大系数与孔隙水压力较大。而在高频条件下,底部不透水沉积层的位移放大系数和孔隙水压力则相对较大。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 稳态响应 渗透系数 频率 饱和度

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热效应作用下P波入射非饱和土自由场地地震响应研究 被引量：1

11

作者 马强 杨奕琪 +1 位作者 周凤玺 邵生俊 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第3期569-579,共11页

基于单相热弹性介质和非饱和多孔热弹性介质中波的传播理论,建立了平面P波入射下非饱和土自由场地模型,采用亥姆霍兹矢量分解原理,对热效应作用下非饱和土自由场地中的波场进行分析,获得了热效应作用下平面P波入射非饱和土自由场地地震... 基于单相热弹性介质和非饱和多孔热弹性介质中波的传播理论,建立了平面P波入射下非饱和土自由场地模型,采用亥姆霍兹矢量分解原理,对热效应作用下非饱和土自由场地中的波场进行分析,获得了热效应作用下平面P波入射非饱和土自由场地地震响应的解析解答。通过数值计算,分析了热传导系数、介质温度、热膨胀系数等热物性参数对非饱和土自由场地地震响应所产生的影响规律。研究结果表明:考虑热效应和不考虑热效应两种理论模型下所得到的地表位移放大系数有着明显差异;水平位移放大系数随着热传导系数的增大而逐渐增大,但竖向位移放大系数几乎不发生变化;随着热膨胀系数的增大,水平位移放大系数逐渐增大,竖向位移放大系数逐渐减小;随着介质温度的增大,水平位移放大系数逐渐减小,竖向位移放大系数逐渐增大;此外,随着饱和度的增大,水平位移放大系数逐渐减小,竖向位移放大系数逐渐增大,说明土体中气相的存在对地表位移放大系数有着显著的影响。 展开更多

关键词 非饱和多孔热弹性介质 自由场地 地震响应 热物性参数 平面P波

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非饱和多孔弹性介质中圆柱形衬砌洞室对平面波散射的解析解

12

作者 杨喆 李伟华 万业欣 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期42-47,共6页

采用波函数展开法求解了非饱和多孔弹性介质中无限长圆柱形衬砌洞室对平面波的二维散射问题。将非饱和孔隙弹性介质视为利用界面混合物理论建立的孔隙弹性模型,并将控制方程解耦为4个亥姆霍兹方程。衬砌结构视为单相弹性介质,并解耦为... 采用波函数展开法求解了非饱和多孔弹性介质中无限长圆柱形衬砌洞室对平面波的二维散射问题。将非饱和孔隙弹性介质视为利用界面混合物理论建立的孔隙弹性模型,并将控制方程解耦为4个亥姆霍兹方程。衬砌结构视为单相弹性介质,并解耦为两个亥姆霍兹方程。利用边界条件求解波函数中待定系数,分别得到平面P波和SV波在非饱和多孔弹性介质中圆柱形衬砌洞室周围散射问题的解析解。利用该解析解,考虑饱和度对剪切模量的影响,数值计算分析了不同入射频率下饱和度对洞室周围动应力集中系数的影响。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 圆柱形衬砌洞室 平面波 散射问题 解析解

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饱和度对多孔介质中热–水–力耦合响应的影响 被引量：6

13

作者 郭志光 白冰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1021-1028,共8页

以湿-热弹性理论为基础,给出了非饱和多孔介质中热能传输、水分迁移和变形的耦合控制方程,并与已有试验结果进行了对比。模型计算结果与试验结果吻合较好。针对多孔介质中初始饱和度随深度呈不同分布的三维非对称热源问题进行了热–水... 以湿-热弹性理论为基础,给出了非饱和多孔介质中热能传输、水分迁移和变形的耦合控制方程,并与已有试验结果进行了对比。模型计算结果与试验结果吻合较好。针对多孔介质中初始饱和度随深度呈不同分布的三维非对称热源问题进行了热–水–力耦合响应分析。分析表明：当初始饱和度沿竖向的梯度变化较小时,重力作用下孔隙水首先由多孔介质上部向下部流动,继而在温度荷载作用下产生回旋流动。当竖向梯度变化较大时,基质吸力作用下孔隙水先由饱和度较高的底部流向饱和度较低的顶部,然后产生回旋流动,且回旋中心位置随竖向梯度的减小逐渐向多孔介质中心位置靠近。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 耦合效应 热能传输 控制方程

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非饱和颗粒材料的多孔连续体有效压力与有效广义Biot应力 被引量：1

14

作者 李锡夔 张松鸽 楚锡华 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期369-380,共12页

多孔连续体理论框架下的非饱和多孔介质广义有效压力定义和Bishop参数的定量表达式长期以来存在争议,这也影响了对与其直接相关联的非饱和多孔介质广义Biot有效应力的正确预测.基于随时间演变的离散固体颗粒−双联液桥−液膜体系描述的Vor... 多孔连续体理论框架下的非饱和多孔介质广义有效压力定义和Bishop参数的定量表达式长期以来存在争议,这也影响了对与其直接相关联的非饱和多孔介质广义Biot有效应力的正确预测.基于随时间演变的离散固体颗粒−双联液桥−液膜体系描述的Voronoi胞元模型,利用由模型获得的非饱和颗粒材料表征元中水力-力学介观结构和响应信息,文章定义了低饱和度多孔介质局部材料点的有效内状态变量:非饱和多孔连续体的广义Biot有效应力和有效压力,导出了其表达式.所导出的有效压力公式表明,非饱和多孔连续体的有效压力张量为各向异性,它不仅对非饱和多孔连续体广义Biot有效应力张量的静水应力分量的影响呈各向异性,同时也对其剪切应力分量有影响.文章表明,非饱和多孔连续体中提出的广义Biot理论和双变量理论的基本缺陷在于它们均假定反映非混和两相孔隙流体对固相骨架水力−力学效应的有效压力张量为各向同性.此外,为定义各向同性有效压力张量和作为加权系数而引入的Bishop参数并不包含对非饱和多孔连续体中局部材料点水力−力学响应具有十分重要效应的基质吸力.所导出的非饱和多孔介质广义Biot有效应力和有效压力公式(包括反映有效压力各向同性效应的有效Bishop参数)可在以协同计算均匀化方法为代表的非饱和颗粒材料计算多尺度方法中上传到在宏观非饱和多孔连续体设置了表征元的局部材料点. 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 离散颗粒-液桥-液膜介观结构表征元 Voronoi胞元网络 各向异性有效压力张量 广义Biot有效应力张量

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非饱和土地基振动响应分析 被引量：9

15

作者 李伟华 王文强 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期182-190,212,共10页

非饱和介质波动理论的发展,使得非饱和土地基动力响应问题求解成为可能。根据现有的非饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,建立非饱和多孔介质动力反应分析的显式有限元分析方法,并编制相关计算程序。通过与已有解析解的对比,验证了方... 非饱和介质波动理论的发展,使得非饱和土地基动力响应问题求解成为可能。根据现有的非饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,建立非饱和多孔介质动力反应分析的显式有限元分析方法,并编制相关计算程序。通过与已有解析解的对比,验证了方法及程序的正确性和精度。利用该方法,分别分析了刚性基础与柔性基础条件下非饱和土地基振动问题,重点讨论了饱和度对非饱和土地基振动响应的影响,结果表明:刚性基础条件下地基的振动响应大于相同条件下柔性基础地基振动响应;土体饱和度Sr=1时地基各点振动比Sr<1时明显减小;刚性基础条件下,Sr<1时,随着饱和度增加各点竖向位移减小,水平位移增大,而柔性基础条件下,Sr<1时,饱和度对地基各点振动的影响有限。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 地基振动 显式有限元

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多孔介质蒸发制冷板应用于建筑墙体的性能分析 被引量：2

16

作者 陈威 《可再生能源》 CAS 北大核心 2010年第2期92-97,共6页

把含湿多孔介质置于建筑墙体结构中,在室外环境的作用下,多孔介质外表面和内部的水分蒸发吸热,为房间提供部分冷量。文章表述将含湿多孔介质置于建筑北墙中,在建立多孔介质热湿平衡的基础上,采用描述非饱和多孔介质热质迁移的数学模型,... 把含湿多孔介质置于建筑墙体结构中,在室外环境的作用下,多孔介质外表面和内部的水分蒸发吸热,为房间提供部分冷量。文章表述将含湿多孔介质置于建筑北墙中,在建立多孔介质热湿平衡的基础上,采用描述非饱和多孔介质热质迁移的数学模型,分析了室外环境参数及多孔床层结构对床层内温度分布、蒸发量场及水蒸气迁移的影响,为多孔介质应用于建筑结构的推广和应用提供理论指导。 展开更多

关键词 非饱和多孔介质 热质迁移 数值模拟

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土壤源热泵U型管非饱和土壤温度场分析 被引量：1

17

作者 王梅杰 陈贵芳 杨崇豪 《华北水利水电学院学报》 2010年第4期83-85,共3页

为了使U型竖埋管传热模型更接近实际,在U型管建模时,考虑了其实际形状.对土壤建模时,把土壤进行了分层处理,把土壤看作是固态、液态、气态并存的物质,推导了各传热环节的控制方程,比较了不同温度场各因素的变化引起温度场的变化趋势.结... 为了使U型竖埋管传热模型更接近实际,在U型管建模时,考虑了其实际形状.对土壤建模时,把土壤进行了分层处理,把土壤看作是固态、液态、气态并存的物质,推导了各传热环节的控制方程,比较了不同温度场各因素的变化引起温度场的变化趋势.结果表明,非饱和土壤温度场更接近实际情况. 展开更多

关键词 U型竖埋管 土壤分层 非饱和多孔介质 ANSYS 温度场

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具有预制孔隙多孔介质冷冻干燥的多相传递模型 被引量：8

18

作者 牛利娇 王维 +2 位作者 潘思麒 张大为 陈国华 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1833-1844,共12页

基于局部质量非平衡假设,建立了多相多孔介质热、质耦合传递数学模型,理论验证具有预制孔隙的初始非饱和多孔物料对冷冻干燥过程的强化作用。模型考虑了多孔介质的吸湿效应,构建了3种吸附-解吸平衡关系。模型使用基于有限元法的COMSOL M... 基于局部质量非平衡假设,建立了多相多孔介质热、质耦合传递数学模型,理论验证具有预制孔隙的初始非饱和多孔物料对冷冻干燥过程的强化作用。模型考虑了多孔介质的吸湿效应,构建了3种吸附-解吸平衡关系。模型使用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件平台数值求解,并与实验数据进行了比较。结果表明,初始非饱和冷冻物料能够有效地强化冷冻干燥过程。采用不同函数形式的吸附-解吸平衡关系模拟的干燥曲线均与实验数据非常吻合。通过分析物料内部的饱和度、温度和质量源分布,探讨了初始非饱和物料冷冻干燥过程的传热传质机理。初始非饱和物料的干燥速率控制因素主要是传热。模拟考察环境辐射温度对冷冻干燥过程影响的结果表明,所建模型具有良好的预测能力。 展开更多

关键词 冷冻干燥 非饱和多孔介质 局部质量非平衡 吸附-解吸平衡 传热传质

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