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当前位置:教育论文中心首页--博士论文--能源与环境学科中的多尺度多物理化学耦合反应输运过程数值模拟研究
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能源与环境学科中的多尺度多物理化学耦合反应输运过程数值模拟研究
 
     论文目录
 
摘要第3-6页
ABSTRACT第6-9页
主要符号表第20-22页
1 绪论第22-66页
    1.1 研究背景第23-32页
        1.1.1 质子交换膜燃料电池第23-26页
        1.1.2 微反应器第26-28页
        1.1.3 二氧化碳地质封存第28-30页
        1.1.4 核废料处理第30-32页
    1.2 关键科学问题第32-57页
        1.2.1 微细多孔介质内两相流动过程第32-39页
        1.2.2 微通道内气液两相流动问题第39-48页
        1.2.3 微反应器内耦合的流动、传热,传质和化学反应输运问题第48-49页
        1.2.4 耦合的扩散、非线性反应和沉淀过程第49-53页
        1.2.5 耦合的单相流动、传质、化学反应及固体溶解沉淀问题第53-56页
        1.2.6 耦合的多相流动、传热、传质、化学反应及固体溶解沉淀问题第56-57页
    1.3 多尺度问题及多尺度数值模拟方法第57-63页
        1.3.1 多尺度问题第57-59页
        1.3.2 分区计算、界面耦合多尺度数值模拟方法第59-63页
    1.4 本文的主要研究内容第63-66页
2 数值模拟方法简介第66-78页
    2.1 数值模拟方法简介第66-67页
    2.2 有限容积法第67-69页
    2.3 格子Boltzmann方法第69-74页
        2.3.1 从Boltzmann方程到格子Boltzmann方法第69-71页
        2.3.2 边界条件第71页
        2.3.3 格子多相模型第71-74页
    2.4 Volume of Fluid第74-76页
    2.5 Volume of Pixel第76页
    2.6 本文数值模拟方法创新第76-77页
    2.7 本章小结第77-78页
3 微细多孔介质内气液两相流动过程第78-102页
    3.1 研究背景第78-79页
    3.2 格子模型简介第79-82页
        3.2.1 格子流动模型第79-80页
        3.2.2 格子传质模型第80-81页
        3.2.3 格子多相模型第81-82页
    3.3 计算区域第82-83页
    3.4 气体扩散层渗透率和有效扩散系数第83-85页
        3.4.1 渗透率第84-85页
        3.4.2 有效扩散系数第85页
    3.5 气体扩散层中的单相流动和多组分传质过程第85-90页
        3.5.1 电化学反应第86页
        3.5.2 边界条件第86-87页
        3.5.3 程序验证第87页
        3.5.4 结果与讨论第87-90页
    3.6 插指型通道下气体扩散层中气液两相流动过程模拟第90-97页
        3.6.1 参数验证第91-93页
        3.6.2 液态水在气体扩散层中运动过程第93-97页
    3.7 气体扩散层混合润湿特性对液态水分布的影响及对宏观输运参数的影响第97-100页
    3.8 本章小结第100-102页
4 微通道中的两相流动过程第102-124页
    4.1 研究背景第102页
    4.2 物理和数学模型第102-105页
        4.2.1 计算区域第102-104页
        4.2.2 控制方程第104-105页
        4.2.3 边界条件网格划分第105页
    4.3 结果和讨论第105-123页
        4.3.1 气体扩散层表面润湿特性的影响第106页
        4.3.2 气体扩散层表面粗糙度的影响第106-112页
        4.3.3 气体扩散层表面微观结构的影响第112-116页
        4.3.4 液滴一维受力分析模型第116-123页
    4.4 本章小结第123-124页
5 微通道中多组分多相耦合反应过程模拟研究第124-140页
    5.1 研究背景第124页
    5.2 物理和数学模型第124-128页
        5.2.1 计算区域第124-126页
        5.2.2 模型假设第126页
        5.2.3 控制方程第126-127页
        5.2.4 边界条件第127-128页
        5.2.5 模拟过程第128页
    5.3 结果和讨论第128-137页
        5.3.1 基本工况液态水运动情况第128-129页
        5.3.2 反应气体速度的影响第129-131页
        5.3.3 气体扩散层表面润湿特性的影响第131-132页
        5.3.4 液态水分布对压降的影响第132-133页
        5.3.5 液态水分布对反应气体传输和局部电流密度分布的影响第133-137页
    5.4 电池结构优化第137-139页
    5.5 本章小结第139-140页
6 微反应器中耦合反应输运过程模拟研究第140-156页
    6.1 研究背景第140页
    6.2 数学物理模型第140-144页
        6.2.1 控制方程第140-141页
        6.2.2 数值模拟方法第141-142页
        6.2.3 化学反应模型第142页
        6.2.4 流固耦合传热第142-143页
        6.2.5 计算区域和边界条件第143-144页
    6.3 结果和讨论第144-155页
        6.3.1 基本工况下流动、传热和传质过程第145-146页
        6.3.2 运行参数的影响第146-148页
        6.3.3 结构参数的影响第148-155页
    6.4 本章小结第155-156页
7 耦合的扩散、非线性反应和沉淀过程模拟研究第156-169页
    7.1 研究背景第156页
    7.2 物理化学模型第156-160页
        7.2.1 化学反应第156-157页
        7.2.2 胶体结构第157-158页
        7.2.3 成核过程第158页
        7.2.4 晶体生长第158-160页
    7.3 数值模拟方法第160页
        7.3.1 格子传质模型第160页
        7.3.2 固体结构演化第160页
        7.3.3 结计算区域和边界条件第160页
    7.4 结果和讨论第160-168页
        7.4.1 基本工况第160-162页
        7.4.2 表面反应速率k_r的影响第162-164页
        7.4.3 LB固体沉淀传输系数对沉淀图案的影响第164页
        7.4.4 LB胶体浓度的影响第164-167页
        7.4.5 LB胶体材料的影响第167-168页
    7.5 本章小结第168-169页
8 耦合的单相流动、传质、化学反应、固体溶解和沉淀过程第169-195页
    8.1 研究背景第169页
    8.2 多孔介质溶解过程及孔隙率和渗透率的关系研究第169-174页
        8.2.1 数学物理模型第169-170页
        8.2.2 结果和讨论第170-174页
    8.3 耦合的溶解和沉淀过程模拟第174-190页
        8.3.1 物理化学模型第174-175页
        8.3.2 沉淀过程第175-176页
        8.3.3 数值模拟方法第176页
        8.3.4 初始和边界条件第176-177页
        8.3.5 结果和讨论第177-190页
    8.4 假型现象第190-193页
    8.5 本章小结第193-195页
9 耦合的多相流动、传热、传质、化学反应、溶解和沉淀过程第195-214页
    9.1 研究背景第195页
    9.2 物理化学模型第195-196页
    9.3 数值模拟方法第196-204页
        9.3.1 Shan-Chen单组分多相格子模型第196-198页
        9.3.2 格子传质模型第198-199页
        9.3.3 格子传热模型第199页
        9.3.4 VOP第199-200页
        9.3.5 发生相转变点的信息处理第200-201页
        9.3.6 格子浓度边界条件第201-203页
        9.3.7 数值模拟步骤第203-204页
    9.4 程序验证第204-208页
        9.4.1 Shan-Chen单组分多相LB模型第204-206页
        9.4.2 格子传质模型和统一浓度边界条件验证第206-208页
    9.5 结果和讨论第208-212页
        9.5.1 包裹体热迁移过程第208-210页
        9.5.2 包裹体大小和温度梯度的影响第210-212页
    9.6 本章小结第212-214页
10 多尺度数值模拟研究多尺度多物理化耦合反应输运过程I:浓度重构算子第214-228页
    10.1 研究背景第214页
    10.2 密度分布函数重构算子第214-218页
    10.3 浓度分布函数重构算子第218-219页
    10.4 分区计算、界面耦合的多尺度数值模拟方法第219-220页
    10.5 浓度分布函数重构算子验证第220-227页
        10.5.1 对流-扩散-体反应问题第220页
        10.5.2 扩散-边界反应问题第220-221页
        10.5.3 浓度梯度引起的自然对流问题第221-227页
    10.6 本章小结第227-228页
11 多尺度数值模拟方法研究多尺度多物理化耦合反应输运过程II:PEMFC中流动、传质、质子传导和电化学反应过程第228-240页
    11.1 研究背景第228页
    11.2 物理化学模型第228-230页
    11.3 数值模拟方法第230-231页
    11.4 结果和讨论第231-239页
        11.4.1 流场分布第231-233页
        11.4.2 氧气和水蒸气浓度分布第233页
        11.4.3 过电位分布第233-234页
        11.4.4 多重网格模拟第234-239页
    11.5 本章小结第239-240页
12 多尺度数值模拟方法研究多物理化学耦合反应输运过程数值模拟III:统一标量耦合算子和微反应器中流动、传热、传质和化学反应过程第240-248页
    12.1 研究背景第240页
    12.2 标量对流-扩散方程第240-241页
    12.3 统一标量耦合算子第241页
    12.4 涂壁微反应器第241-242页
    12.5 多尺度数值模拟第242-243页
    12.6 结果和讨论第243-247页
    12.7 本章小结第247-248页
13 结论与展望第248-251页
    13.1 主要结论第248-250页
    13.2 论文创新点第250页
    13.3 未来工作展望第250-251页
参考文献第251-268页
致谢第268-269页
攻读学位期间取得的研究成果第269-275页

 
 
论文编号BS2625156,这篇论文共275
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