冷卻塔逆用吸熱過程多場耦合反向模擬策略與機(jī)理研究結(jié)題摘要

本項目以冷卻塔逆用吸熱過程為研究對象，以實現(xiàn)其穩(wěn)定、高效吸熱為目標(biāo)，采用理論和實驗相結(jié)合的方法，對RUCT內(nèi)流體流動和熱質(zhì)傳遞過程的耦合機(jī)理進(jìn)行了研究。設(shè)計搭建了實驗系統(tǒng)，測試了RUCT氣液兩相逆流吸熱過程溶液流量、溶液溫度、空氣溫度、空氣相對濕度、流速等因素對氣液兩相熱質(zhì)耦合傳遞性能的影響；基于RUCT運行工況與波紋填料特點，建立了填料表面在反向切應(yīng)力作用下液膜流動與熱質(zhì)耦合傳遞特性的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值仿真結(jié)合試驗分析多種邊界條件對RUCT內(nèi)流動和傳熱傳質(zhì)過程性能參數(shù)的影響。基于數(shù)值模擬及實驗結(jié)果，研究分析了波紋填料表面氣液兩相流動分布規(guī)律及其熱質(zhì)耦合傳遞過程的作用機(jī)制,嘗試采用逆向思維對RUCT 內(nèi)流體流動和熱質(zhì)耦合傳遞過程進(jìn)一步進(jìn)行研究，探索反向研究方法，得到了可表征RUCT傳質(zhì)與傳熱性能的無量綱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式和波紋填料間氣液兩相傳熱傳質(zhì)出口參數(shù)與入口參數(shù)的函數(shù)式。 目前，空調(diào)用開式冷卻塔逆用吸熱技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，塔內(nèi)流體流動均勻性與吸熱穩(wěn)定性差、吸熱效率低等問題日益突出。本項目通過理論與實驗研究，對冷卻塔逆用吸熱塔內(nèi)流體的流動特性與熱質(zhì)耦合交換過程有了深刻認(rèn)識，其研究成果可為空調(diào)用開式冷卻塔逆用穩(wěn)定、高效吸熱提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。 2100433B

隨著空調(diào)用開式冷卻塔逆用吸熱技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，塔內(nèi)流體流動均勻性與吸熱穩(wěn)定性差、吸熱效率低等問題日益突出，正確認(rèn)識塔內(nèi)流體的流動特性與熱質(zhì)耦合交換過程是該冷卻塔合理設(shè)計與優(yōu)化運行的基礎(chǔ)。本課題以冷卻塔逆用吸熱過程為研究對象，以實現(xiàn)其穩(wěn)定、高效吸熱為目標(biāo)，通過理論分析、數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法，建立塔內(nèi)液膜流動和熱質(zhì)耦合傳遞特性的數(shù)學(xué)模型，探索波紋填料表面氣液兩相流動分布規(guī)律及其熱質(zhì)耦合傳遞過程的作用機(jī)制；在此基礎(chǔ)上，本課題基于逆向思維進(jìn)一步研究反向模擬塔吸熱過程多場耦合原理，探索減少反向模擬過程所需計算時間的方法，建立反向模擬計算穩(wěn)定性準(zhǔn)則，尋找反向模擬結(jié)果的準(zhǔn)確辨識方法，并采用雙盲法對反向模擬進(jìn)行實驗驗證。研究成果將為空調(diào)用開式冷卻塔逆用穩(wěn)定、高效吸熱提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)研究價值和應(yīng)用前景。

高混凝土壩等水工混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑成形過程中普遍存在的微細(xì)裂紋和缺陷?？梢鹦铝鸭y甚至宏觀裂縫。針對高混凝土壩的結(jié)構(gòu)特點，利用地下水溫度環(huán)境耦合模擬試驗系統(tǒng)建立滲流-應(yīng)力-溫度等多場耦合的試驗?zāi)Ｐ?，進(jìn)行多場耦合條件下水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫萌生、發(fā)展的室內(nèi)模擬試驗，研究并揭示水力劈裂的機(jī)理。結(jié)合斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)理論和雙K斷裂模型，采用無單元法與有限元法耦合分析技術(shù)，分析研究水工混凝土結(jié)構(gòu)在滲流和溫度作用下裂縫從萌生、發(fā)展到失穩(wěn)的過程，揭示裂縫擴(kuò)展的變化規(guī)律以及水力劈裂的形成和擴(kuò)展機(jī)理，建立溫度-滲流-應(yīng)力耦合條件下水工混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂的數(shù)值分析模型，以預(yù)測裂紋的萌生位置和擴(kuò)展長度，實現(xiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂全過程的仿真模擬。高混凝土壩易出現(xiàn)裂縫并進(jìn)一步擴(kuò)展危及結(jié)構(gòu)安全，尤其是壩踵等部位，故該成果可廣泛應(yīng)用于水工混凝土結(jié)構(gòu)的計算分析和安全評價，不僅具有理論意義，而且具有重要的應(yīng)用價值。

土石壩與堰塞壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬是一門涉及巖土力學(xué)、水力學(xué)與泥沙運動理論的新興學(xué)科，近年來日益頻繁發(fā)生的極端氣候現(xiàn)象和地震，促進(jìn)了該學(xué)科的快速發(fā)展。陳生水編著的《土石壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬》首先根據(jù)國內(nèi)外典型潰壩案例調(diào)查資料，總結(jié)分析了土石壩的潰決原因及潰壩特征；重點介紹了國內(nèi)外在土石壩與堰塞壩形成和潰決機(jī)理及潰壩過程模擬領(lǐng)域的研究進(jìn)展，特別是作者在土石壩三種主要壩型和堰塞壩潰壩離心模型試驗和漫頂與滲透破壞潰壩過程數(shù)值模擬方面的最新研究成果；最后介紹了國內(nèi)外潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬方法及常用計算機(jī)軟件，給出了研究成果在水庫大壩潰壩洪水風(fēng)險圖編制中的應(yīng)用實例。

《土石壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬》可供從事土石壩工程安全專業(yè)的研究和管理人員參考，也可作為水利工程等相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材或參考書。