多孔介质中传热传质的算法研究.pdf

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1、，二‘学校代码研究类型基础研究、广’—■，、嵌紇犬摩硕学论文题目：多孔介质中传热传质的算法研究念分、、、；‘卞：★、’‘■“—学科业：凝栗态物理级：级学咢：—研生：吴斌一指导教师：许友生教授中图分类号：论文提交时间：年月日多孔介质中传热传质的算法研究作者真政指导教师奸支盆学位类别碎士学科专业救衆态物理学位授予单位浙师蒗大營论文提交日期年月日多孔介质中传热传质的算法研究摘要不管是石油和可燃冰的开采，还是燃料电池的设计，亦或是纺织衣物的开发，都会涉及到多孔介质中的传热传质问题。鉴于多孔介质中流体流动与传热的复杂性，研究人员正积极寻求合适的方法与途径来解决该类问题。随着计

2、算机的快速发展，使得我们能通过模拟的手段来认识多孔介质中流体的复杂行为。在进行计算机模拟之前，我们首先必须得对某一物理过程进行建模，也就是用合适的数学方程组来描述上述诸如石油幵采等问题。在对多孔介质中传热传质行为进行建模的时候，我们发现很多的物理过程都离不幵对源项的求解，源项对实现各个物理场的耦合具有重要作用，所以对源项问题的求解是整个模拟的关键点之一。我们有必要设计出一种比较好的方法去适应或者稍加扩展就能用于源项问题的求解。另外，在工程应用领域，在理论分析阶段，一般都需要正反结合，通过对正问题和反问题的同时求解来更好地指导实际开发。我们经常会碰到这样的两种情况：已

3、知材料参数而不知道该材料的换热量或换热过程中的温度场；已知某材料的换热量或换热过程中的温度场而不知道具体的材料参数。上面两种情况分别对应了正问题和反问题。正问题可以由数学方程组来建模，因而正问题可以通过求解相应的数学方程组而得到求解，而反问题没有合适的数学方程组来描述，所以其求解必须借助于某种优化算法。经过上面的分析，我们认识到不管是源项问题的解决，还是正问题和反问题的求解，我们都必须设计合适的算法。格子方法、有限体积法因其解决传热传质问题的高效性，在工程领域得到了广泛的应用。遗传算法是基于生物进化优胜劣汰的思路而设计的一种算法，在优化领域得到了广泛的应用。在我们的

4、文章中，首先，我们介绍了多孔介质中传热传质的算法研究的意摘要义，描述了格子方法、有限体积法以及遗传算法的主要情况。其次，以多孔方腔中的自然对流为例，我们详细介绍了基于模型的质量方程和动量方程的恢复、基于控制容积的能量方程的离散。实现了速度场和温度场的耦合，从而构建了一种跨尺度的数值模拟方法，该方法稍加扩展就能被用于求解源项问题。再次，以纺织衣物中的热传导、热辐射为例，我们详细介绍了基于控制容积和中点积分公式的传导、辐射换热方程的离散，紧接着我们介绍了标准遗传算法的实现，完成了正问题和反问题的求解。最后，我们详细介绍了我们的两个研究工作：基于格子方法和有限体积法来构建

5、一种跨尺度的数值模拟方法去适应源项问题的解决；基于有限体积法和遗传算法来实现纺织衣物中传导、辐射换热问题的正分析和反分析。关键词：多孔介质；源项；正问题；反问题；格子方法；有限体积法；遗传算法ALGORITHMSTUDYFORHEATANDMASSTRANSFERINPOROUSMEDIAABSTRACTWhethertheexploitationofoilandnaturalgashydrate，，，，，，，，，ABSTRACTMeanwhile,there'snoappropriatemathematicalequationstodescribetheinver

6、seproblem,therefore,theirsolutionsrequiresomekindofoptimizationalgorithm.Aftertheaboveanalysis,werecognizethatwhetherthesolvingofthesourcetermproblem,orthesolutionsofthedirectandinverseproblems，，，，：目录多孔介质中传热传质的算法研究的意义格子方法有限体积法遗传算法全文安排格子方法和有限体积法的耦合（以多孔方腔中自然对流为例）￡基于模型的质量方程和动量方程的恢复基于控制容积的

7、能量方程的离散速度场和温度场耦合的实现有限体积法和遗传算法的耦合（以纺织衣物中的传导、辐射换热为例）基于控制容积和中点积分公式对传导辐射换热方程的离散正分析和逆分析的实现格子方法和有限体积法的耦合去模拟多孔方腔中的自然对流弓控制方程组数学方程格子方法和有限体积法去求解多孔介质渗流格子方法去求解速度场有限体积法去求解温度场边界条件数值结果及讨论数据校验賤目录有限体积法和遗传算法的耦合去求解纺织衣物中的传导辐射问题引言数学方程传导辖射换热控制方程组边界条件有限体积法遗传算法结果和讨论数据检验均勻纤维材料中孔隙度和总的换热量的恢复非均匀纤维材料中孔隙度种子和总的换热量