ZLG-0.4型試驗(yàn)用凍干機(jī)的設(shè)計(jì)【含14張CAD圖紙】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別: 機(jī)電信息系
專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí):
姓 名:
學(xué) 號(hào):
外文出處: Transp Porous Med.2007
附 件: 1. 原文; 2. 譯文
2013年03月
干燥過(guò)程中多尺度方面的傳熱傳質(zhì)
一 介紹
本文著重于多尺度建模耦合多孔介質(zhì)中的傳質(zhì)。如今,綜合方程組治理這些現(xiàn)象在宏觀觀測(cè)儀的水平是眾所周知的和被廣泛用來(lái)模擬一些配置,特別是干燥過(guò)程。然而,這宏觀描述有一些畫(huà)面:它生成一個(gè)戲劇性的需求在物理力學(xué)特性和失敗的同時(shí),不是特別不尋常的配置。這些缺點(diǎn)可能是多尺度方法主要?jiǎng)訖C(jī)。不同的策略,因此可能可以應(yīng)用。對(duì)于時(shí)間尺度分離,尺度之間的耦合是順序:多尺度方法減少規(guī)模的改變。當(dāng)時(shí)間尺度重疊,一個(gè)并行耦合將被處理:這是一個(gè)真正的多尺度成形,更要求在計(jì)算資源和應(yīng)用數(shù)學(xué)。以下內(nèi)容是本文提出:
順序耦合:技術(shù)是可允許的宏觀屬性計(jì)算使用屬性和形態(tài)學(xué)所謂的單位細(xì)胞。均化電離作用是這些技術(shù)的一部分,可以成功地應(yīng)用于實(shí)際多孔介質(zhì)如木頭、材料纖維,固體泡沫等,提供了對(duì)形態(tài)上的考慮。機(jī)械性能的例子橡樹(shù),包括縮小年齡,將被考慮。最后,必須指出,假設(shè)兩個(gè)度均是獨(dú)立的,這允許計(jì)算的解決方案只有一次,隨后用于宏觀組方程。
并發(fā)耦合:前面的假設(shè)在現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常失敗。在這種情況下,規(guī)模水平不能被認(rèn)為是獨(dú)立的和多尺度方法成為必要。這里介紹一些公式來(lái)解釋幾個(gè)尺度上可以同時(shí)被考慮,從一個(gè)簡(jiǎn)單的微觀階段之間的耦合綜合制定的時(shí)間演化的宏觀價(jià)值和宏觀梯度被思考出來(lái)。這樣的策略有更高的要求從開(kāi)發(fā)和計(jì)算時(shí)間。一些配置是已經(jīng)摘要和被使用來(lái)畫(huà)的方程。然而,讀者應(yīng)該意識(shí)到這是一個(gè)新的和開(kāi)放的領(lǐng)域,特別是在域的耦合傳熱傳質(zhì),這是正在進(jìn)行的研究工作的主題。
在下面,宏觀尺度總是指我們感興趣的規(guī)模更小的尺度,而所有被稱(chēng)為微觀尺度。這個(gè)指示是因此獨(dú)立的真實(shí)大小這些鱗片。例如,當(dāng)預(yù)測(cè)中收縮的一個(gè)木材組織、宏觀尺度是細(xì)胞排列(通常是一些數(shù)百微米)和微尺度的細(xì)胞壁(通常是一些微米)和大規(guī)模的大分子(一些幾十納米)。在另一端,當(dāng)處理一個(gè)堆棧的方法,宏觀尺度是堆棧大小(一些米)和微尺度是微型版的一部分(一些厘米)。
二 宏觀制定
均化的宏觀方程組的若干套在文獻(xiàn)中提出的模擬的干燥過(guò)程。但是,這部分將只專(zhuān)注于最全面的設(shè)置用于在宏觀水平的方程,它描述了系統(tǒng)的使用三個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)變量。目前,研究人員使用的3變量模型同意以可以使用的制劑。的一組方程,下面提出的,起源惠特克的(1977)的工作所需要的小的變化的大部分考慮到結(jié)合水?dāng)U散和干燥的內(nèi)部過(guò)壓(佩列,德喬瓦尼1990年)。特別是,讀者必須知道,所有的變量都代表單元體(REV)(斯萊特里1967),因此平均表達(dá)式“宏觀”。這是假設(shè)的存在,這樣的代表體積,足夠大的平均量來(lái)定義,小到足以避免變化,由于宏觀梯度和非平衡配置微觀層面。
水利:
節(jié)能
空氣保護(hù):
節(jié)能:
在氣體和液相速度所普遍達(dá)西定律:
?的數(shù)量被稱(chēng)為相電位和χ是深度標(biāo)量。所有其他符號(hào)有其通常含義。
邊界條件:
對(duì)于外部的干燥表面的示例,假設(shè)的邊界條件是下面的形式:
其中JW和Je代表的邊界處的總水分和總焓通量分別為,x表示從該邊界的位置沿所述外部單元正常和xv的蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)。
在所有這些方程中,下標(biāo)eff表示“有效”的屬性,是用實(shí)驗(yàn)方法確定,或通過(guò)使用預(yù)測(cè)的縮放方法(請(qǐng)參見(jiàn)下一節(jié))。變量φ,通過(guò)棒表示平均值,被定義為:
更詳細(xì)的描述可以發(fā)現(xiàn)這些方程和相關(guān)的假設(shè)(佩列1996年,1999年)。 由于這個(gè)提法負(fù)責(zé)內(nèi)部壓力通過(guò)空氣平衡(公式2),方程組被證明是非常強(qiáng)大和能夠處理多種配置,包括激烈的轉(zhuǎn)移:高溫對(duì)流干燥,真空干燥,RF /真空干燥,IR /真空干燥等。
例如,在高溫下的對(duì)流干燥的仿真,用過(guò)熱蒸汽或潮濕的空氣中,可以以良好的精度預(yù)測(cè)干燥時(shí)輕混凝土(佩列等人,1993)。最重要的機(jī)制和趨勢(shì)很好地預(yù)測(cè)在木材的情況下,盡管其強(qiáng)烈的各向異性及其生物
圖1例對(duì)流干燥干燥模擬的綜合建模與無(wú)線(xiàn)電高頻加熱(佩列和白金漢宮2004年)
的變化。在木材的特定行為的,內(nèi)部的內(nèi)部氣化所產(chǎn)生的氣體壓力是能夠驅(qū)動(dòng)在縱向方向上的水分。這種效果是容易觀察和實(shí)驗(yàn)證明(由端片溫度未來(lái)),并通過(guò)這組方程在干燥模型模擬(佩列等人。 1993;佩列1996)。作為另一實(shí)施例的復(fù)雜的物理機(jī)制,圖。圖1示出的變量能領(lǐng)域(體積功率,溫度,水分,和內(nèi)部的壓力)經(jīng)過(guò)20個(gè)小時(shí)的對(duì)流干燥的橡樹(shù)部分與射頻加熱。在這種情況下,功率計(jì)算字段是通過(guò)求解麥克斯韋方程。此字段取決于木材的介電性能,因此在溫度和水分含量的領(lǐng)域。同樣地,溫度和水分含量字段依賴(lài)于電力領(lǐng)域。為了解決這個(gè)雙向耦合效率,需要一個(gè)棘手的計(jì)算策略。
三 均化
雖然在上一節(jié)提出的宏觀方程組是一個(gè)功能強(qiáng)大的基礎(chǔ),為干燥的計(jì)算機(jī)模擬,它需要知識(shí)幾個(gè)物理參數(shù),其中大多數(shù)是溫度的函數(shù)的兩個(gè)和水分含量。因此,提供的計(jì)算機(jī)模型的所有物理刻畫(huà),限制使用建模是一項(xiàng)乏味的任務(wù)。第一個(gè)目標(biāo)為多尺度的方法是使用建模來(lái)預(yù)測(cè)一個(gè)部分的參數(shù)依賴(lài)于電力領(lǐng)域。為了解決這個(gè)雙向耦合效率,需要一個(gè)棘手的計(jì)算策略。
圖2原理的雙坐標(biāo)系統(tǒng)用于定期同質(zhì)化的(在桑切斯帕倫西亞1980)
需要在宏觀尺度。均勻化的數(shù)學(xué)工具之一,允許從微觀的描述,要被預(yù)測(cè)的宏觀性質(zhì)一個(gè)非均勻介質(zhì)中(桑切斯 - 帕倫西亞1980年;蘇克特1985年;霍爾農(nóng)的1997年)。 以下的方法來(lái)解釋的原則,使用一個(gè)簡(jiǎn)單的拋物型方程作為參考的問(wèn)題:
在Ω(界)感興趣的領(lǐng)域,(x)的擴(kuò)散系數(shù)(2階張),U(T,X)的變量字段(即溫度,熱擴(kuò)散或水分內(nèi)容的質(zhì)量擴(kuò)散)發(fā)源項(xiàng)和φ的初始場(chǎng)?,F(xiàn)在讓我們考慮異構(gòu)和定期的介質(zhì),它由一個(gè)并列的單電池(圖2)。 ε為小參數(shù)之間的比例由向量表示,記為矢量x,和微觀尺度,宏觀尺度Y。 x被用來(lái)定位點(diǎn),在宏觀的域(即點(diǎn)M和M”圖 2),而y是用于單元內(nèi)的單元Y定位的點(diǎn)(即點(diǎn)M和M”在圖2)。有了這個(gè)新的配置,參考問(wèn)題成為一個(gè)多尺度問(wèn)題:
在uε(T,X)= U(T,X,xε)= U(T,X,Y)和Aε中,雖然同質(zhì)化的過(guò)程可以得出的(X)= AX,xε=(X,Y),均勻橢圓抽動(dòng),有界和Y-周期的函數(shù)集,N(N=空間尺寸)。雖然可以來(lái)自與擴(kuò)散系數(shù)依賴(lài)于x的同質(zhì)化過(guò)程,僅在以下的單元電池被認(rèn)為是依賴(lài)于y:
均勻化理論告訴我們:
其中u0是均質(zhì)化的問(wèn)題的解決方案:
宏觀性質(zhì),A0給出了:
均化系數(shù)=微觀系數(shù)的平均值+修正項(xiàng)
在公式。如圖12所示,函數(shù)ξ?以下的問(wèn)題的解決方案,要解決的超過(guò)的單元電池Y:
公式12告訴我們,宏觀性質(zhì)由兩個(gè)貢獻(xiàn):
- 平均的微觀性質(zhì),占的比例,值的單元電池中的每個(gè)階段;
- 修正項(xiàng),占內(nèi)成分的形態(tài)單元電池,由于細(xì)胞的問(wèn)題的解決方案。這個(gè)詞可能
非常重要的。例如,宏觀的早材的一部分的剛度軟木是只有5-10%的微觀特性的平均化的值,其中表示校正項(xiàng),除去90-95%這的平均值(法魯賈 1998)。
方程12和13可以通過(guò)正式膨脹的方法衍生或者,更嚴(yán)格的是,通過(guò)使用中的變分形式的修改后的測(cè)試功能(8)(桑切斯-休伯特和1992年桑切斯 - 帕倫西亞)。為了得到限制問(wèn)題,在正常的方式,未知功能的uε開(kāi)發(fā)了如下擴(kuò)展:
由于屬性里面?的快速變化,兩個(gè)獨(dú)立空間衍生物存在:
應(yīng)用此衍生的規(guī)則問(wèn)題 (8) 導(dǎo)致的拋物方程中的 ε 權(quán)力正式擴(kuò)大。與ε-2的術(shù)語(yǔ),告訴我們 告訴我們,u0 不依賴(lài)于 y。
使用這一結(jié)果,與 ε?1 一詞給出:
16 方程是線(xiàn)性的所以 u1 可以表示為一個(gè)線(xiàn)性表達(dá)式的衍生品關(guān)于 x, u0 的:
在式(17),ξj(Y)∈H1per(λ)Y定期的功能,解決方案如下以下問(wèn)題探析:
附注式18式13式(15)中定義的衍生符號(hào)寫(xiě)入。→E j是軸j的單位矢量。
最后,術(shù)語(yǔ)與ε0讀取:
平均當(dāng)量19在單元單元Y允許的Y周期消失:
其他地方可以發(fā)現(xiàn) ε 為在干燥過(guò)程中遇到的機(jī)械問(wèn)題的權(quán)力的正式擴(kuò)展的詳細(xì)信息: 彈性 (桑切斯-帕倫西亞1980 年; 琳恩1984 年; 桑切斯-休伯特和桑切斯-帕倫西亞 1992 年),為熱彈性力學(xué)(洛斯蒂斯1996年) 和收縮(佩列佩列2002 年 ;佩列和巴德?tīng)?003 年)。
古典偏微分方程問(wèn)題中的同質(zhì)化配方結(jié)果。此外,由于微觀與宏觀尺度是獨(dú)立的與這項(xiàng)工作 (彈性本構(gòu)方程和水分含量的變化成正比的收縮),使用的簡(jiǎn)單物理表述的假設(shè)問(wèn)題是穩(wěn)態(tài)、 線(xiàn)性和被拆。
然而,去電腦模型必須是可行的處理,處理任何幾何
強(qiáng)烈屬性并在空間而異。這就是為什么FE方法是在適當(dāng)方面的數(shù)值戰(zhàn)略。最后,網(wǎng)格必須代表真實(shí)的形態(tài)多孔介質(zhì)盡可能密切。對(duì)實(shí)現(xiàn)這一要求的最好的可行的二個(gè)策略是直接從構(gòu)建網(wǎng)格的多孔質(zhì)的顯微鏡圖像介質(zhì)上。為了滿(mǎn)足這一需求,兩個(gè)數(shù)值的工具已經(jīng)開(kāi)發(fā):
(1) MeshPore: 軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用基于圖像嚙合 (佩列2005年);
(2) MorphoPore: 代碼基于知名 FE 戰(zhàn)略,專(zhuān)門(mén)討論特別是解決同質(zhì)化的問(wèn)題,即處理所有種類(lèi)的邊界在單元格解題過(guò)程中遇到的條件。
這些產(chǎn)品都寫(xiě)在Fortran 95的,但他們?cè)赑C上運(yùn)行的經(jīng)典運(yùn)DOWS應(yīng)用到圖形庫(kù)用于預(yù)處理和后處理(5.0 Winteracter)。
圖3描述了一組典型的解決方案,它允許適當(dāng)?shù)暮暧^橡樹(shù)的年輪的關(guān)系(剛度和收縮)來(lái)計(jì)算的。在該圖中,實(shí)線(xiàn)表示不同種類(lèi)的初始位置之間的界限組織(血管,薄壁細(xì)胞,纖維,和射線(xiàn)細(xì)胞),而著色的區(qū)域代表對(duì)于每個(gè)基本的解決方案計(jì)算出這些區(qū)域的變形(施加的放大系數(shù),從而使變形場(chǎng),可以很容易地觀察到)。這些解決方案強(qiáng)調(diào)橡木的孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,,其對(duì)力學(xué)行為的含義。例如,纖維區(qū)是足夠強(qiáng)的施加上的其它結(jié)構(gòu)(瓦特的問(wèn)題)和環(huán)孔收縮區(qū)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),無(wú)法傳輸任何徑向力(在這一部分中,船只擴(kuò)大是顯而易見(jiàn)的,問(wèn)題11),易發(fā)生剪切應(yīng)變(問(wèn)題12)。
圖3周期的位移場(chǎng)計(jì)算的四個(gè)問(wèn)題要解決在代表略去細(xì)胞。 (W)收縮的問(wèn)題;(ξ11)和(ξ22)在徑向和切向方向的剛度問(wèn)題。(ξ12)對(duì)應(yīng)的剪切的問(wèn)題。實(shí)線(xiàn)表示的初始輪廓的組織(佩列和巴德?tīng)?003)。顏色代碼,從暗到亮:射線(xiàn)細(xì)胞,纖維區(qū),薄壁細(xì)胞和血管。
這種方法使我們能夠量化效果的纖維比例和纖維區(qū)形狀對(duì)宏觀的值或預(yù)測(cè)增加放大的剛性和收縮系數(shù)增加所致放大年輪的寬度(佩列和巴德?tīng)?003)。
保持心靈應(yīng)用這一同質(zhì)化讓程序獲得ε往往趨向于零,時(shí)間變量無(wú)疑,內(nèi)消失的單元細(xì)胞Y因此,宏觀屬性被計(jì)算一次,并隨后用于在同質(zhì)化的問(wèn)題。這是一個(gè)典型的順序耦合。到這里為止,我們已經(jīng)提出了一系列的宏觀方程并允許轉(zhuǎn)移和干燥眾多配置進(jìn)行計(jì)算和數(shù)學(xué)方法,同質(zhì)化,也讓宏觀性質(zhì)(“有效”的參數(shù)
宏觀組),以計(jì)算從上面的材料的構(gòu)成的微觀層面((概念的單元,或啟,REV))。雖然一致和全面的,這種做法是不相關(guān)的某些配置。本文的最后一部分是專(zhuān)門(mén)并發(fā)因此耦合。
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