湿度、温度对冰水固转化影响的实验研究与数值模拟

摘要

固流转化现象与我们的日常生活密切相关，而冰水固流转化更是我们最为常见的一种固流转化现象。对固流转化理论的研究涉及到传热学、工程热力学、流变学、凝聚态物理学，分子动力学等多个学科。如果从传热学的方面分析，不论是融冰现象还是结冰现象，两者的实质都是伴随相变的传热问题，而该现象已经成为近年来一个比较热的数值传热学方面的研究对象。
　　本论文主要包括以下几个方面的研究内容:
　　(1)通过对不同材料相变机理的研究，对一些常见相变材料的数学理论模型及参数识别进行了总结，得到了对固流转化理论的初步认识。
　　(2)通过对导热基本定律以及导热微分方程描述及推导，将冰水固流转化过程所涉及到的传热学的理论进行了整理归纳，从而对以后的固流转化研究有一定的理论指导作用。
　　(3)在湿度场作用下的冰体融化实验研究中，通过对冰体融化过程的观察、分析及对比，得到了湿度可以加快冰体融化的重要结论。并对实验数据的进行分析后，利用MATLAB软件拟合出了在不同温度下湿度对融化时间的影响的数学经验公式。
　　(4)从FLUENT软件对在不同湿度下的冰体融化过程的模拟分析中，我们得到了在不同湿度环境中冰体融化时内部温度分布及液相率的区别，进一步阐述了湿度加快冰体融化根本原因在于湿度场的存在加速了冰体内部温度场的变化速度。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冰水固流转化研究

1．2．2 聚合物固流转化的研究

1．2．3 金属固流转化的研究

1．2．4 岩石固流转化的研究

1．3 本课题主要研究内容

2 材料固流转化基本理论

2．1 工程领域的应用

2．2 冰水固流转化机理

2．2．1 导热基本规律

2．2．2 导热微分方程

2．2．2 固液相变传热

2．2．3 冰水固流转化数学模型

2．2．4 冰球和锥形台冰块的融化量化关系

2．2．4 结冰、融冰相变问题的特点

2．2．5 冰水转化问题界面处理的基本原理

2．2．6 相变问题的无量纲形式

2．3 有机相变材料固流转化机理

2．4 金属熔化机理

2．4．1 金属熔化的理论判据

2．4．2 金属位错熔化模型

2．5 岩石流变机理

2．5．1 岩石流变经验及元件模型理论

2．5．2 岩石流变本构模型与参数识别

2．6 本章小结

3 湿度场作用下冰体融化实验

3．1 实验目的

3．2 实验方案设计

3．2．1 实验基本原理及内容

3．2．2 实验器材及实验所需避免的问题

3．2．3 实验内容及步骤

3．2．4 实验方案

3．3 实验结果

3．4 MATLAB工具箱

3．4．1 MATLAB曲线拟合工具箱简介

3．4．2 MATLAB曲线拟合原理

3．4．3 MATLAB曲线拟合操作

3．5 结果处理分析

3．5．1 实验一数据结果分析

3．5．2 实验二数据结果分析

3．5．3 实验三数据结果分析

3．6 本章小结

4 基于FLUENT数值模拟分析

4．1 有限元法概述

4．2 FLUENT软件特点简介

4．2．1 网格技术

4．2．2 FLUENT物理模型

4．2．3 软件的构成

4．2．4 FLUENT软件融化／凝固模型

4．2．5 FLUENT分析过程

4．3 FLUENT模拟分析

4．3．1 材料参数的选取

4．4 模拟结果及分析

4．4．1 模型分析

4．4．2 结果分析

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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