基于热平衡算法的多孔材料吸水性仿真研究

祝秀琴，李维丽

(华东交通大学理工学院，江西 南昌 330011)

1 引言

多孔材料表示内部包含众多孔隙的固体材料，其中固体相又被称为固体骨架，无固体骨架的部分空间是孔隙，通常被流体占据[1]。多孔材料的流动传热广泛存在于自然界与工业界，是组成诸多自然现象的基础流程，并在建筑围护结构、食物干燥等领域发挥重要作用。液体是影响多孔材料长期性能，尤其是材料耐久性的关键要素。这是由于液体自身渗透引发的材料性能劣化，即液体是侵蚀性介质渗入材料内部的媒介[2]。一般情况下，液体和水溶性粒子在多孔材料内有三种迁徙模式：饱和孔隙溶液内的离子扩散、毛细吸附与压力梯度下的渗透。饱和情况下，孔隙架构内毛细作用力很少，水分的传输依靠孔隙内部的压力梯度与重力所牵引，水溶性粒子经过扩散渗入材料内部。目前分析多孔材料吸水性时，多数使用非热平衡算法获得材料内部孔隙尺度能量[3]，但这样无法展现出材料自身真实的吸水特征，极易造成判断误差。而热平衡环境则能全方位地凸显出材料理想吸水情况，对判别多孔材料吸水性能具备极大优势。

为此基于热平衡算法深入研究多孔材料的吸水性。在流体和固体温差低的条件下，组建热平衡计算能量方程，获得准确的孔隙边界层动量情况；创建多孔材料吸水模型，计算水分胁迫指数，引入参数初始值推导含水率大小，融合遗传算法与列文伯格麦夸特算法，求解模型参数，得到精确多孔材料吸水率数值。……