基于ANSYS的多孔介質(zhì)中流動、傳熱與應(yīng)力分析.pdf

1、多孔介質(zhì)中傳熱與流動過程與能源、航天、地質(zhì)、材料、化工、建筑、環(huán)境和生命科學(xué)等領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系，多孔介質(zhì)中的傳熱、流動與應(yīng)力分析廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科，包括土壤滲流力學(xué)，儲氫及燃料電池等新能源領(lǐng)域。
　　 本文以達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律等為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出多孔介質(zhì)滲流基本方程，并對多孔介質(zhì)中傳熱與應(yīng)力模型進(jìn)行了介紹。證明了滲流與熱傳導(dǎo)理論的相似性，并利用有限元軟件ANSYS作為平臺，應(yīng)用其二次開發(fā)工具—APDL語言，編寫了滲流計(jì)算命令流

2、程序，通過勻質(zhì)大壩算例驗(yàn)證了該程序的可靠性和正確性。
　　 然后，本文給出質(zhì)子燃料電池多孔介質(zhì)膜電極基本模型，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)學(xué)模型給出了利用ANSYS計(jì)算濕應(yīng)力應(yīng)變的方法，并對膜電極濕熱應(yīng)力進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，除了裝配過程的夾緊力和運(yùn)行溫度外，膜的相對濕度起了很大的作用，并且濕應(yīng)力對膜的影響比熱應(yīng)力影響大得多。在給定3.95μm夾緊位移后，最大等效應(yīng)力發(fā)生在膜的邊緣部分，塑性應(yīng)力成為影響疲勞破壞的主要原因。膜在靠流道位置部分應(yīng)

3、力沿厚度方向變化較大，在不斷的循環(huán)運(yùn)行過程中會造成機(jī)械失效。
　　 接著，以滲流模塊為基礎(chǔ)，編制了計(jì)算滲透體積力的命令流程序，并根據(jù)滲流系數(shù)與應(yīng)力之間的關(guān)系式進(jìn)行了土石壩的滲流與應(yīng)力場的耦合分析。根據(jù)此耦合分析命令流程序計(jì)算了金山店錫冶山尾礦壩與塌陷回填區(qū)滲流場及其耦合場分布，計(jì)算表明，對于尾礦壩考慮耦合相對單獨(dú)計(jì)算滲流場的滲流量增加約2％，考慮滲流時的總應(yīng)力場比單獨(dú)考慮應(yīng)力場時總應(yīng)力值增加10％～20％。對于礦區(qū)塌陷回填區(qū)，在