多孔型石英復合材料受熱脫水特性的研究

透波材料是用于保護航天飛行器在極端環(huán)境下工作的一類多功能介質(zhì)材料,主要應用于雷達、導彈、運載火箭或航天飛行器上的雷達罩及天線窗中。其中多孔型石英復合材料由于其質(zhì)輕、比強度高、耐高溫、透波性能好等優(yōu)異特性,得到了普遍關(guān)注并被廣泛應用

。然而,由于其多孔結(jié)構(gòu)和存在親水基團,材料在儲存時會發(fā)生一定程度的吸潮。同時,由于水的介電常數(shù)和介電損耗很大(25 ℃時水介電常數(shù)約為76,介電損耗角正切約為0.2;多孔型石英復合材料介電常數(shù)約為3.7,介電損耗角正切約為0.005),吸潮后材料的介電常數(shù)和介電損耗急劇增大,雷達罩透波性能惡化,從而使得雷達作用距離大大縮短,瞄準誤差增大

。飛行器在高超聲速飛行中引起氣動加熱,內(nèi)部水分分布發(fā)生急劇變化會導致材料介電性能的不穩(wěn)定。

隨著我國政府會計改革的不斷深入推進，2017年10月24日，財政部印發(fā)《政府會計制度—行政事業(yè)單位會計科目和報表》（財會〔2017〕25號，以下簡稱《政府會計制度》），要求自2019年1月1日起全面施行，并鼓勵行政事業(yè)單位提前執(zhí)行?！墩畷嬛贫取窐?gòu)建了“具備財務會計與預算會計雙重功能，實現(xiàn)財務會計與預算會計適度分離并相互銜接”的全新政府會計核算模式，對會計科目的設(shè)置使用和報表格式及編制進行了詳細說明，同時在附錄中列示了主要業(yè)務和事項賬務處理舉例。

多孔材料內(nèi)部的濕分傳遞過程較為復雜,不僅包括液態(tài)和氣態(tài)濕分的流動,同時還包含擴散和相變過程,這對材料內(nèi)部濕分分布和傳遞過程的有效預測帶來了難度。早期的研究中只單獨考慮多孔材料內(nèi)部的濕分傳遞過程或熱量傳遞過程,隨著數(shù)值理論和對材料內(nèi)部熱量、濕分耦合傳遞機理探索的深入,目前多孔材料中濕分和熱量的傳遞過程往往采用熱-濕耦合傳遞模型進行研究

。Steeman等

建立了一種忽略材料內(nèi)部濕分流動的多孔材料濕分和熱量耦合傳遞模型,但是該模型在大溫差和濕空氣流速較高的情況下不能對材料中的溫度、濕分進行準確預測。VAN Belleghem等

提出了一種同時考慮蒸氣和液體濕分的熱-濕耦合模型,該模型能夠描述多孔建筑材料內(nèi)的熱-濕傳遞過程。Defraeye

建立了一種控制容積法和有限元法耦合求解多孔材料內(nèi)部熱-濕耦合傳遞的數(shù)值模型。何宣澄等

對建筑圍護結(jié)構(gòu)從初建成到濕穩(wěn)定過程中的含濕量變化及濕積累進行研究,為更好控制建筑墻體保溫層中濕積累的產(chǎn)生提供了參考。

二是要注重導向性。所謂導向性，就是將名師評選的條件和標準作為方向標、指揮棒，使每一個有志于成為名師的教師明確努力的方向。從加強教師隊伍建設(shè)這個意義上講，名師的評選既重在結(jié)果，同時也重在過程。從遴選指標體系各要素及其權(quán)重中，可以看出名師評選的導向性。

多孔材料的濕分傳遞過程包括吸濕過程和干燥脫水過程,對于干燥脫水問題而言,部分學者認為其實質(zhì)就是獲得空氣和多孔材料界面的對流傳質(zhì)系數(shù)。Defraeye等

模擬了平板多孔材料干燥脫水過程,發(fā)現(xiàn)在干燥條件變化時表面對流傳質(zhì)系數(shù)會失效;Khan等

研究了蘋果切片在不同邊界條件下的干燥問題,所建隱式動態(tài)耦合模型可以準確預測不同氣流速度下的干燥過程;Defraeye等

利用Comsol Multiphysics研究了蘋果表面?zhèn)鳠岷蛡髻|(zhì)系數(shù),結(jié)果表明,當直接受到太陽輻射時,空氣的流動有利于水果的冷卻并能提高其干燥速率;Elhalwagy等

研究了蘋果切片和礦物石膏表面的熱量和質(zhì)量傳遞過程,發(fā)現(xiàn)對于蘋果干燥過程而言,傳質(zhì)阻力以材料側(cè)的擴散阻力為主,而石膏干燥過程中的傳質(zhì)阻力主要為空氣側(cè)的對流阻力。以往學者提出的典型干燥理論可以概括為:Lewis提出的液態(tài)擴散理論認為,干燥過程中,固體材料內(nèi)部濕分在濕度梯度的驅(qū)動下以液態(tài)擴散的形式進行遷移

;Henry提出的蒸發(fā)冷凝理論認為水分含量以蒸氣的形式擴散,考慮了溫度和質(zhì)量的同步擴散過程,并且假設(shè)固體骨架分割成的孔隙均勻、連續(xù);Gurr等通過實驗證實,土壤等非飽和多孔介質(zhì)在溫度梯度下沒有液體流動,濕分僅以蒸氣的形式擴散

;Luikov

認為蒸氣、空氣和液態(tài)水分子的傳質(zhì)過程在干燥中同時發(fā)生,其中蒸氣和空氣以擴散、滲流或濾流的形式傳遞,液體的變遷以擴散、毛細吸附和濾流的形式進行;Krischer模型只考慮了第一類邊界條件以及等溫吸附曲線,而Abahri等在Krischer模型的基礎(chǔ)上補充了質(zhì)平衡方程,擴大了其應用范圍

。

上述多孔介質(zhì)內(nèi)的干燥理論廣泛應用于建筑材料及生物制品干燥過程研究,鮮有對于多孔透波材料高溫受熱條件下脫水過程的熱濕耦合研究。為了探究含濕多孔型石英復合材料在受到高溫加熱時內(nèi)部熱量和濕分的傳遞規(guī)律,本文采用上述蒸發(fā)冷凝相關(guān)干燥理論,建立了多孔型石英復合材料熱-濕耦合傳遞高溫脫水數(shù)值模型。按照國際標準文件規(guī)定的杯法開展實驗獲得了多孔型石英復合材料的水蒸氣阻力系數(shù);設(shè)計并開展了多孔型石英復合材料高溫加熱實驗,驗證了數(shù)值模型的有效性;通過分析不同工況下材料內(nèi)部溫度、體積含濕量及介電損耗隨加熱時間的變化規(guī)律,探究了實際應用過程中,受熱溫度、材料初始含濕量、水蒸氣阻力系數(shù)對多孔型石英復合材料熱濕傳遞及透波性能的影響。本文實現(xiàn)了多孔型石英復合材料內(nèi)部溫度和濕分的有效預測,從而為該材料的實際使用提供了指導。

1 計算模型和數(shù)值方法

1.1 物理模型

為探究多孔型石英復合材料受高溫加熱脫水時內(nèi)部熱量和濕分的傳遞規(guī)律,進而在實際應用中減少在氣動加熱下石英復合材料中濕分劇烈變化對飛行器透波性能的影響,需建立多孔型石英復合材料熱-濕耦合傳遞高溫脫水的數(shù)值模型。

首先對該過程的物理模型進行分析與簡化,多孔材料內(nèi)部的熱量和濕分傳遞與材料周圍的濕空氣的流動狀態(tài)密切相關(guān),其中熱量的傳遞包括液態(tài)濕分、濕空氣流動引起的對流換熱、輻射、多孔骨架和孔隙中介質(zhì)的導熱以及由于水蒸氣的冷凝、液態(tài)水的蒸發(fā)而導致的相變換熱等;濕分的傳遞包括液態(tài)濕分的流動過程、水蒸氣的擴散作用和水蒸氣隨空氣流動引起的對流傳質(zhì)等過程。

本次實驗采用的TGP 206A型地質(zhì)超前預報儀對蓄集峽水電站引水發(fā)電隧洞進行超前地質(zhì)預報，由于該儀器具有非常高的靈敏度，因此在每次進行實驗開始之前，能夠產(chǎn)生震動的一切施工工作均暫停，以防影響數(shù)據(jù)采集；而在兩個接收孔中采用黃油將兩個接收探頭與山體耦合；炮孔間距為2 m，深度為2 m，下傾10°左右以方便注水，炸藥放置時應當將炸藥推入炮孔底部，在入洞之前將藥卷制作完成以節(jié)省時間；當儀器連接完成之后，采用逐一引爆的規(guī)則，按順序引爆并收集信號，若有啞炮或未觸發(fā)的情況時，應當補炮，不能直接跳過。因為藥卷的引爆和信號的采集應當同時進行，故藥卷應當與觸發(fā)線連接。

借助Ansys ICEM CFD工具建立了三維網(wǎng)格模型,為減少計算量,采用1/4對稱模型,網(wǎng)格按1∶1大小取材料及周圍濕空氣區(qū)域的四分之一為建模區(qū)域。在Fluent中按照前述的控制方程自編程UDF進行模擬,邊界條件設(shè)置為實驗真實環(huán)境所對應的參數(shù),即空氣區(qū)域遠場設(shè)置為296 K、相對濕度為72%的定溫定濕度邊界,樣品加熱面設(shè)置為定壁溫加熱,該壁面絕濕。樣品初始濕分設(shè)置為24.6 g,壁面加熱溫度按照實驗所測得加熱面溫度曲線設(shè)置。經(jīng)過網(wǎng)格和時間無關(guān)性檢驗,結(jié)果如圖5所示,采用網(wǎng)格個數(shù)384 345,時間步長為1 s。

1.2 數(shù)學模型

1.2.1 濕空氣區(qū)域

強化專項整治，嚴厲打擊食品藥品安全違法行為。積極開展各類食品藥品專項整治工作，加大對重點產(chǎn)品、重點區(qū)域、重要節(jié)點的食品專項整治，如豆制品專項整治、疫苗專項整治等。專項檢查組共出動人員82人次，執(zhí)法車輛22車次，對轄區(qū)內(nèi)2家藥品批發(fā)企業(yè)、3家有接種資質(zhì)的醫(yī)院、17家疾控中心、3家有接種資質(zhì)的社區(qū)衛(wèi)生室進行了全面檢查。創(chuàng)新宣傳形式，全面推進社會共治。通過開展各類宣傳，有組織、有計劃、有步驟地開展食品藥品安全宣傳活動；加大對企業(yè)責任人的培訓工作，提升企業(yè)第一責任人意識和自律意識。

真實使用環(huán)境下多孔型石英復合材料內(nèi)部濕分遷移和能量傳遞包含化學反應、導熱傳熱、輻射傳熱等多種方式的結(jié)合,并且內(nèi)部多孔材料還需要與外部濕空氣區(qū)域進行傳熱傳質(zhì)的界面耦合,直接建立這樣的多孔型石英復合材料傳熱預測模型具有較大的難度。相較于濕空氣區(qū)中的液態(tài)水,本研究更關(guān)注氣態(tài)水的擴散和對流,因此采用以下假設(shè):沒有化學反應,忽略水蒸氣的冷凝;干空氣和水蒸氣視為理想氣體,干空氣的比熱容視為定值;輸運過程濕空氣壓力變化較小,不會影響濕空氣的熱物性?？傻脻窨諝鈪^(qū)的連續(xù)方程以及動量方程

(1)

(2)

式中:

為濕空氣的密度,kg/m

;

為動力黏度,Pa·s;

為時間,s;

為速度,m/s;

為壓力,Pa。

盾遂奔，未出晉境。……晉太史董狐書曰“趙盾弒其君”，以視于朝。盾曰：“弒者趙穿，我無罪。”太史曰：“子為正卿，而亡不出境，反不誅國亂，非子而誰？”孔子聞之，曰：“董狐，古之良史也，書法不隱。宣子，良大夫也，為法受惡。惜也，出疆乃免。”(《晉世家》)

根據(jù)相變傳質(zhì)Lee模型

,相變質(zhì)量源項

的計算式為

(3)

式中:

為濕空氣區(qū)域含濕量,即單位體積內(nèi)的水蒸氣質(zhì)量,kg/m

;

為水蒸氣擴散通量,kg/(m

·s);

為水蒸氣質(zhì)擴散系數(shù),m

/s。

式(3)表示在單位時間內(nèi)單位控制體中,水蒸氣質(zhì)量分數(shù)的增加量與通過邊界流出控制體的水蒸氣質(zhì)量之和,等于通過邊界擴散進入的水蒸氣質(zhì)量。為了考慮溫度變化對水分輸運產(chǎn)生的影響,需要建立能量方程。依據(jù)1

2

1節(jié)中的假設(shè),按照與濕分輸運方程相同的分析方法可以推導得到濕空氣的能量方程

西王集團以玉米深加工和特鋼為主業(yè)，擁有三家上市公司，其成長歷程堪稱改革開放40年中的標志性企業(yè)。其創(chuàng)始人王勇是全國人大代表，也在今年入選改革開放40年感動山東人物。

式(4)表示在單位時間單位控制體中,濕空氣能量的增量與控制體邊界流出濕空氣帶走的能量之和,等于通過控制體邊界導入的能量與控制體邊界水蒸氣擴散帶入的能量之和。干空氣和水蒸氣的焓值可以視為熱力學溫度的線性函數(shù),故將水的氣化潛熱視為常數(shù)。

(4)

(5)

式中:

為比熱容,J/(kg·K);

為熱力學溫度,K;

為濕空氣導熱系數(shù),W/(m·K);下標ma表示濕空氣,vap表示水蒸氣,air表示干空氣。

1

2

2 多孔材料區(qū)域

不考慮化學反應過程,多孔型石英復合材料內(nèi)的濕分主要以液態(tài)吸附水和氣態(tài)水蒸氣兩種形式存在。多孔型石英復合材料內(nèi)部孔隙尺度較小,因此可以忽略其中的對流傳熱過程。根據(jù)所模擬材料中水分轉(zhuǎn)移方式的不同,部分學者將多孔材料中的熱-濕耦合模型分為兩類,一些模型認為水蒸氣輸運是唯一的水分輸運機制,而另一些模型則同時考慮水蒸氣輸運和液體輸運

?；谡舭l(fā)冷凝理論,認為非飽和多孔介質(zhì)在溫度梯度下沒有液體流動,濕分僅以蒸氣形式擴散

。在文獻[17]中,采用臨界含濕量的概念區(qū)分蒸氣主導的濕分輸運與液體主導的濕分輸運。對于吸濕性多孔材料,當相對濕度低于98%時,材料內(nèi)部水分遷移過程中,水蒸氣擴散將占主導地位

,并可以用水蒸氣阻力系數(shù)涵蓋液體輸運的較小貢獻?；谝陨戏治霾⒉捎谜舭l(fā)冷凝理論,作如下假設(shè):孔隙中水蒸氣僅以擴散形式發(fā)生遷移;由于多孔型石英復合材料在常溫存儲狀態(tài)下吸濕,相對濕度低于臨界狀態(tài),并且加熱過程中升溫較快,液態(tài)水蒸發(fā)后的蒸氣輸運占主導作用,可以認為液態(tài)水牢牢附著在多孔材料表面,毛細力導致的液態(tài)水遷移過程可以忽略;低于相變溫度時,材料內(nèi)部液態(tài)水的蒸發(fā)和水蒸氣的冷凝過程可以忽略;僅考慮多孔材料內(nèi)部濕分的相變吸熱反應,忽略其他化學反應過程?？傻枚嗫讌^(qū)域的連續(xù)方程以及動量方程

(6)

此模塊包含視頻信息的增刪查改功能。點擊新增鏈接，在彈框中輸入章節(jié)、名稱、簡介、視頻鏈接后提交，頁面刷新后在列表中即可找到剛剛新增的視頻；在APP視頻列表中亦能找到對應的視頻，還能對視頻列表中的視頻元素進行編輯和刪除。

(7)

式中

為質(zhì)量源項。

多孔型石英復合材料加熱至1 000 s時的仿真結(jié)果如圖8所示,隨著加熱的不斷進行,熱量由樣品底部迅速向上傳遞,樣品的溫度逐漸達到相變溫度并且液態(tài)水劇烈相變反應的區(qū)域產(chǎn)生了大量氣態(tài)水,氣態(tài)水向材料開放壁面逃逸形成蘑菇云狀的分布,濃度依然呈現(xiàn)出從相變區(qū)域向樣品四周遞減的規(guī)律。仿真結(jié)果與物理過程一致,可以認為本文構(gòu)建的多孔型石英復合材料在受熱下脫水過程的仿真模型較準確可靠。

(8)

液態(tài)水輸運方程

(9)

式中:

為孔隙率;

、

分別為材料孔隙中水蒸氣、液態(tài)水質(zhì)量濃度,即單位材料孔隙體積內(nèi)的水蒸氣和液態(tài)水質(zhì)量,kg/m

;

為水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù),m

/s;

為水蒸氣在多孔材料中的無量綱擴散阻力系數(shù),其含義為水蒸氣在濕空氣中的質(zhì)擴散系數(shù)與多孔材料中的質(zhì)擴散系數(shù)之比;

為相變質(zhì)量源項。

（51）三願九祖盡生天，四願酆都皆罷對。五願二炁無愆伏，六願五穀悉酆登。（《北極真武佑聖真君禮文》，《中華道藏》30/590）

通過引入水蒸氣阻力系數(shù)

,將多孔材料內(nèi)部的濕分擴散表示為水蒸氣在濕空氣中的擴散。水蒸氣阻力系數(shù)

(

)與多孔材料自身特性有關(guān),一般通過實驗或查閱手冊獲得。

以包含固相、液相和氣相的REV為研究對象,由于忽略了液態(tài)水和濕空氣的流動,能量的變化僅由導熱、水蒸氣的擴散及蒸發(fā)等引起。根據(jù)控制容積分析法可得多孔材料中的能量方程

(10)

(11)

(12)

式中:

、

和

分別為干燥多孔材料、水蒸氣和液態(tài)水的比熱容,J/(kg·K);

為多孔區(qū)域總的體積含濕量,kg/m

;

為考慮含濕和輻射熱導率影響的多孔材料的等效熱導率,W/(m·K);

為相變潛熱,J/kg。

由控制方程可知,多孔材料中的溫度會影響水蒸氣和液態(tài)水的相平衡,因此多孔材料中的濕分輸運方程和能量方程需要耦合求解。

1.3 模型關(guān)鍵參數(shù)獲取方法

為建立上述數(shù)值模型,模型中的一些關(guān)鍵參數(shù)需通過經(jīng)驗公式確定或?qū)嶒灉y得,包括相變質(zhì)量源項

、水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)

、多孔型石英復合材料的水蒸氣阻力系數(shù)

、材料初始含濕量

及材料各物性參數(shù)。

為了模擬濕空氣中的水分輸運,根據(jù)水蒸氣的質(zhì)量守恒引入了濕分(濕空氣中僅指水蒸氣)輸運方程。水蒸氣在濕空氣中的輸運包含了因流動和擴散而引起的質(zhì)量傳遞,其中擴散可以通過Fick定律來進行描述。通過控制體分析的方法得到濕空氣中水蒸氣的輸運方程

(13)

式中:

為Lee模型的質(zhì)量交換系數(shù),s

;

為含濕多孔型石英復合材料內(nèi)部液態(tài)水相變的反應溫度,可以借助同步熱分析儀實驗測試得到。

水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)

可根據(jù)Fuller公式

確定

(14)

式中:

為絕對壓力;

為摩爾質(zhì)量,g/mol;∑

為對應組分的擴散體積,cm

·mol

;∑

HO

=13.1 cm

/mol,∑

=19.7 cm

/mol。

【子棱被士兵們裹挾著往前走，驀地，他奮力地往回沖，被士兵擋住，突然全場定格，鴉雀無聲，只有子棱的聲音在空中回響，那聲音很慢很慢。

多孔型石英復合材料的水蒸氣阻力系數(shù)(水蒸氣在濕空氣中的質(zhì)擴散系數(shù)與多孔材料中的質(zhì)擴散系數(shù)之比)由杯法實驗獲得,如圖1所示。根據(jù)2016年的ISO12572標準

,在杯中裝入一定量干燥劑(干杯)或飽和鹽溶液(濕杯),保持干杯或濕杯中相對濕度的恒定,并將樣品密封于測試杯中,然后將實驗裝置置于溫度和濕度維持恒定的恒溫恒濕箱中。由于恒溫恒濕箱和杯中的水蒸氣分壓力不同,水蒸氣將會從分壓力高的一側(cè)向另一側(cè)擴散,待水蒸氣在多孔樣品中的流動達到定常狀態(tài)后,稱量裝置的質(zhì)量變化率,即為多孔材料的水蒸氣流率。然后利用該值可以計算得到水蒸氣阻力系數(shù)

,具體計算公式為

(15)

=

(16)

(17)

式中:

為水蒸氣滲透力,kg/(m

·s·Pa);

為通過樣品的水蒸氣流率,kg/s;

為樣品有效橫截面積,m

;Δ

為樣品兩端水蒸氣壓差(通過溫度和相對濕度計算),Pa;

為多孔樣品的厚度,m;

為多孔材料的透濕性,kg/(m·s·Pa);

為空氣透濕性,kg/(m·s·Pa)。

在293 K、57%相對濕度環(huán)境下,根據(jù)杯法實驗得到多孔型石英復合材料的水蒸氣阻力系數(shù)

=35

3。假定初始狀態(tài)下含濕多孔型石英復合材料內(nèi)部的水蒸氣和液態(tài)水處于平衡狀態(tài),則初始時刻的

、

滿足以下關(guān)系

(18)

多孔型石英復合材料的其他物性參數(shù)分別為:

=0

3,

=1 700 kg/m

,

=0.8 W/(m·K),

=828 J/kg。

式中:

為材料初始含濕量,由實驗測得給出;

為干燥多孔型石英復合材料密度,kg/m

。

1.4 數(shù)值求解

采用流體力學計算軟件Ansys Fluent 18.0求解多孔區(qū)域和濕空氣區(qū)域的控制方程,其中連續(xù)性方程、動量控制方程通過求解器默認的連續(xù)方程、動量方程進行求解,由于濕空氣區(qū)域和多孔區(qū)域中能量方程的復雜性,能量方程采用自定義形式。通過引入3個自定義標量(user-defined scalar,UDS),分別代表水蒸氣濃度

、液態(tài)水濃度

和溫度

,編寫用戶自定義程序(user-defined function,UDF)對兩區(qū)域內(nèi)部的濕分輸運方程和能量方程進行求解,具體數(shù)值求解計算流程如圖2所示。

“不行！”葉曉曉還是斬釘截鐵。她有自己的小九九，偶爾玩玩，展示一下自己的身材，是可以的，但要真拍了照片，一張一張復制出去，那后果不是自己能控制的。

界面耦合處理過程如圖3所示,其中

、

、

分別表示空氣側(cè)體網(wǎng)格溫度、多孔側(cè)體網(wǎng)格溫度、界面溫度,

、

分別表示界面兩側(cè)相鄰的空氣側(cè)體網(wǎng)格到界面的距離、多孔側(cè)體網(wǎng)格到界面的距離,

、

分別表示空氣側(cè)體網(wǎng)格熱導率、多孔側(cè)體網(wǎng)格熱導率,

表示熱流。與之相對應的,

、

、

分別表示空氣側(cè)體網(wǎng)格水蒸氣濃度、多孔側(cè)體網(wǎng)格水蒸氣濃度、界面水蒸氣濃度,

、

分別表示空氣側(cè)體網(wǎng)格的水蒸氣擴散系數(shù)、多孔側(cè)體網(wǎng)格的水蒸氣擴散系數(shù),

表示濕分運輸通量。由于上述物理過程滿足界面處的溫度連續(xù)、熱流連續(xù)、水蒸氣濃度連續(xù)、濕分運輸通量連續(xù)4個條件,且濕空氣區(qū)與多孔區(qū)的控制方程實質(zhì)相同,故模擬過程中將其界面作為內(nèi)部面直接處理,兩側(cè)調(diào)用空氣、多孔的不同物性參數(shù)及物理量進行直接耦合計算,濕分的傳遞過程類比熱量的傳遞進行耦合處理。

采用Simple算法對多孔及濕空氣區(qū)域的熱-濕耦合過程進行求解,非穩(wěn)態(tài)項采用一階隱式格式離散,壓力采用二階格式進行離散,動量、速度、溫度和體積含濕量均采用二階迎風格式進行離散。

談及設(shè)備的配備，張軍表示，這也是2008年—2013年報業(yè)印刷最輝煌時期的映射。如今，受互聯(lián)網(wǎng)、移動閱讀等的沖擊，整個傳統(tǒng)媒體的市場空間明顯收縮，紙媒亦難以獨善其身，都市類報紙發(fā)行量下降幅度較大。

2 模型驗證

由于開展含濕多孔型石英復合材料在高馬赫數(shù)下氣動加熱的脫水過程研究需要較大的風洞設(shè)備,實驗條件復雜且苛刻,故將材料的氣動加熱簡化為壁面加熱。為研究含濕多孔型石英復合材料在受熱脫水過程中,材料內(nèi)部水分分布隨時間的變化過程,并驗證已建立的多孔型石英復合材料在受熱條件下脫水過程的數(shù)值模型,構(gòu)思并設(shè)計了驗證實驗方案,搭建了壁面加熱實驗裝置,其中包括秤盤及稱量傳感器、隔熱瓦、加熱器及相關(guān)熱電偶接線,熱電偶布置點位示意圖如圖4所示。

進行了423 K加熱實驗,所采用的多孔型石英復合材料如圖4所示,其干質(zhì)量為394.73 g,長115 mm、寬78 mm、高25 mm,脫水前已于293 K、相對濕度80%溫濕環(huán)境中吸濕至飽和質(zhì)量421.16 g,實驗時空氣環(huán)境溫度為296 K,相對濕度為72%。

由于濕分在濕空氣和多孔型石英復合材料中的存在狀態(tài)以及傳遞過程有較大的差異,所以需要對空氣和多孔材料中的傳熱傳質(zhì)過程分析并建立相應數(shù)學模型。

多孔型石英復合材料在加熱溫度為423 K時的高溫脫水實驗獲得的樣品側(cè)面中心處溫度與上述仿真結(jié)果的對比如圖6所示,仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的相對誤差小于5%。將423 K高溫脫水實驗獲得的樣品質(zhì)量變化曲線與上述仿真結(jié)果對比,如圖7所示,可知三維模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合較好,仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的相對誤差小于5%。

根據(jù)Whitaker體積平均理論

,在表征體元(representative elementary volume,REV)尺度建立多孔區(qū)域的水蒸氣輸運方程

（1）要完善中小學財務管理的內(nèi)控制度，最為緊迫的是建立學校財務管理的預算制度，其中關(guān)鍵是要選擇更加詳細更加合適的編制預算的方法，充分考慮中小學的機構(gòu)設(shè)置、人員編制、學生和班級數(shù)量、經(jīng)費控制標準及發(fā)展的方向；同時，為確保財務制度得到全面落實，應該嚴格執(zhí)行下達的預算，不能出現(xiàn)超總額超定額的現(xiàn)象。以學校的物資采購為例，對學校辦公用品、教學儀器、文體器材等采購時，不僅采購流程要嚴格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，還必須做到：一方面，財務部門對每一筆支出的合理性進行分析，以確保預算資金的合理使用；另一方面，應完善票據(jù)管理方法，對發(fā)票、附件等進行核查，確保其真實合法性。

3 結(jié)果討論與分析

為了近似探究實際應用過程中,材料受熱脫水時,受熱溫度、材料初始含濕量、水蒸氣阻力系數(shù)對多孔型石英復合材料熱濕傳遞及透波性能的影響,使用本文構(gòu)建的多孔型石英復合材料在受熱下脫水過程的熱-濕耦合傳遞模型,分析了不同工況下材料內(nèi)部溫度、體積含濕量及介電損耗隨加熱時間的變化規(guī)律。

3.1 加熱溫度對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響

合作單位提供了兩種不同形狀的多孔型石英復合材料,除上述驗證實驗中的長方體樣品,還有如圖1所示的圓柱體樣品,其直徑為25.44 mm,高為20 mm。由于長方體三維模擬耗時較久,為簡化計算,采用軸對稱圓柱多孔型石英材料使用相同程序進行模擬,軸對稱模型網(wǎng)格劃分示意圖如圖9所示。圓柱體軸對稱模擬網(wǎng)格無關(guān)性檢驗如圖10所示,在保證計算精度的前提下優(yōu)化網(wǎng)格,最終采用網(wǎng)格數(shù)為40 991。設(shè)置初始條件是:空氣域初始溫度為296 K,初始相對濕度為72%,邊界條件為遠場絕熱、絕濕邊界,材料下壁面為定壁溫加熱、絕濕邊界。

圖11、圖12為不同加熱溫度工況受熱脫水時體積含濕量隨時間變化曲線和不同加熱溫度工況受熱脫水時平均溫度隨時間變化曲線,可知隨著壁面加熱溫度的升高,材料升溫速率顯著變快,材料脫水速度也顯著增加,當523 K加熱工況脫水結(jié)束時,423 K加熱工況僅脫除約三分之一濕分。

圖13為不同加熱溫度工況受熱脫水時平均介電損耗tan

隨時間變化曲線,材料貯存吸濕后其中的水分會增加材料整體介電損耗,觀察到隨著時間的推移加熱脫水過程不斷進行,材料的平均介電損耗也隨之降低。由于較高的加熱溫度會導致水分脫除的較快,材料的平均介電損耗減小速率也較大,水分對材料透波性能的影響消除得更快。

3.2 材料初始含濕量對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響

圖14、圖15為不同初始含濕量工況受熱脫水時,材料體積含濕量及平均溫度隨時間變化曲線。其中5 kg/m

、15 kg/m

、72 kg/m

工況分別對應材料于303 K溫度下相對濕度30%、60%、90%時環(huán)境中儲存所得飽和吸濕工況。由圖14可以看出,初始含濕量對脫水過程影響較大,初始含濕量越大,所需高溫加熱時間越長,初始含濕量為72 kg/m

時的脫水時間約為5 kg/m

工況的1.9倍。由圖15可以看出,不同初始含濕量對材料平均溫度變化的影響較小,15 kg/m

、5 kg/m

工況升溫情況幾乎相同,72 kg/m

工況由于含濕量較高,脫水時濕分相變吸收大量熱量,導致升溫速率較慢。

圖16為不同初始含濕量工況受熱脫水時材料平均介電損耗tan

隨時間變化曲線,觀察到由于初始含濕量較大,72 kg/m

工況的平均介電損耗始終高于5 kg/m

工況,并且由于初始含濕量越高的工況完全脫除水分的時間越長,其平均介電損耗變化時間持續(xù)更久。

課程可以分為理論課程和實踐課程，而普通高校比較擅長于理論課程的講授，而容易忽視實踐課程的教學，導致部分社區(qū)成員社區(qū)學習的興趣不大。社區(qū)成員迫切需要的保健、家政、閱讀、休閑和提高交往能力的課程，普通高校往往因認識角度問題而認為不重要，不予開設(shè)。

3.3 水蒸氣阻力系數(shù)對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響

圖17、圖18為不同水蒸氣阻力系數(shù)工況受熱脫水時材料平均氣態(tài)水濃度及液態(tài)水濃度隨時間變化曲線,可知隨著水蒸氣阻力系數(shù)的增大,其對相變得到的氣態(tài)水逸出有明顯的阻礙作用,而對相變過程幾乎無影響。含濕多孔型石英復合材料在受熱時的脫水過程要綜合液態(tài)水的相變和氣態(tài)水的擴散作用,當水蒸氣阻力系數(shù)達到200且遠遠高于材料實際水蒸氣阻力系數(shù)時,對總體積含濕量的影響仍然很小,可以認為水蒸氣阻力系數(shù)對材料的高溫脫水過程影響有限。

圖19為不同水蒸氣阻力系數(shù)工況受熱脫水時材料平均介電損耗隨時間變化曲線,觀察到水蒸氣阻力系數(shù)越大的工況,其平均介電損耗tan

也越大,但當水蒸氣阻力系數(shù)達到200且遠高于材料實際水蒸氣阻力系數(shù)時,對總體積含濕量的影響仍然很小,這就導致其對介電損耗的影響也很小,可以認為水蒸氣阻力系數(shù)對材料的高溫脫水過程中材料介電損耗影響有限。

4 結(jié) 論

本文針對含濕多孔型石英復合材料受熱脫水影響透波性能的問題,建立了熱-濕耦合傳遞高溫脫水數(shù)值模型,開展了關(guān)鍵參數(shù)對脫水過程影響的分析,獲得了受熱脫水過程中材料溫度、濕分及介電損耗的分布,可得如下結(jié)論。

(1)建立了多孔型石英復合材料高溫脫水過程的熱濕耦合模型,通過杯法實驗獲得了其中的關(guān)鍵輸入?yún)?shù),即水蒸氣阻力系數(shù)

,293 K、57%相對濕度環(huán)境下測得多孔型石英復合材料

=35.3。通過實驗驗證了所建熱濕耦合模型的有效性,誤差小于5%,該模型可有效預測加熱條件下材料脫水過程的濕分、溫度分布以及透波性能。

(2)探究了加熱溫度對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響。隨著壁面加熱溫度的升高,材料升溫速率顯著變快,材料脫水速度也明顯增加,含濕石英復合材料的介電損耗迅速降低。材料523 K加熱工況下的脫水速度約為423 K下的3倍。在低空階段充分加速以提高氣動加熱的溫度及時間從而快速脫除濕分,減小高空飛行中濕分對無線電通信的影響。

(3)探究了材料初始含濕量對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響。初始含濕量越高,材料脫除水分所需的時間越長,并且脫水時濕分相變吸收大量熱量,導致升溫速率較慢,此時含濕石英復合材料的介電損耗較大并且下降較慢。環(huán)境溫度為303 K時,90%相對濕度飽和吸濕工況脫水時間約為30%相對濕度工況的2倍。實際存儲過程中應采取隔濕外涂層處理以減少其吸潮現(xiàn)象。

(4)探究了材料水蒸氣阻力系數(shù)對多孔型石英復合材料受熱脫水歷程的影響。隨著水蒸氣阻力系數(shù)的增大,其對氣態(tài)水逸出有明顯的阻礙作用,而對液態(tài)水脫除幾乎無影響,綜合考慮認為水蒸氣阻力系數(shù)

<200時,對材料的高溫脫水過程影響有限,因此對含濕石英復合材料的透波性能影響也較小。

通過本文建立的多孔型石英復合材料熱-濕耦合傳遞高溫脫水數(shù)值模型,可以有效預測材料的濕分分布,進而判斷材料的透波性能變化,研究結(jié)果可為該材料的實際應用提供指導。

:

[1] 何燕飛, 龔榮洲, 何華輝. 雙層吸波材料吸波特性研究 [J]. 功能材料, 2004, 35(6): 782-784.

HE Yanfei, GONG Rongzhou, HE Huahui. Research on absorpting properties of double-layer absorpting materials [J]. Journal of Functional Materials, 2004, 35(6): 782-784.

[2] 李俊生, 張長瑞, 王思青, 等. SiO

/(Si

N

+BN)透波材料表面涂層的防潮性能和透波性能研究 [J]. 涂料工業(yè), 2007, 37(1): 5-7, 10.

LI Junsheng, ZHANG Changrui, WANG Siqing, et al. Study on moisture-proof and wave-transimissivity properties of the coatings on SiO

/(Si

N

+BN) radome materials [J]. Paint & Coatings Industry, 2007, 37(1): 5-7, 10.

[3] STEEMAN H J, VAN BELLEGHEM M, JANSSENS A, et al. Coupled simulation of heat and moisture transport in air and porous materials for the assessment of moisture related damage [J]. Building and Environment, 2009, 44(10): 2176-2184.

[4] VAN BELLEGHEM M, STEEMAN M, JANSSEN H, et al. Validation of a coupled heat, vapour and liquid moisture transport model for porous materials implemented in CFD [J]. Building and Environment, 2014, 81: 340-353.

[5] DEFRAEYE T. Convective heat and mass transfer at exterior building surfaces [D]. Leuven, Belgi?: Katholieke Universiteit Leuven, 2011.

[6] 何宣澄, 孔凡紅, 劉倩, 等. 熱濕耦合作用下新建墻體保溫層濕積累研究 [J]. 熱科學與技術(shù), 2020, 19(6): 588-592.

HE Xuancheng, KONG Fanhong, LIU Qian, et al. Study on moisture accumulation of new wall insulation layer under the coupled action of heat and moisture [J]. Journal of Thermal Science and Technology, 2020, 19(6): 588-592.

[7] DEFRAEYE T, BLOCKEN B, CARMELIET J. Analysis of convective heat and mass transfer coefficients for convective drying of a porous flat plate by conjugate modelling [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55(1/2/3): 112-124.

[8] KHAN F A, STRAATMAN A G. A conjugate fluid-porous approach to convective heat and mass transfer with application to produce drying [J]. Journal of Food Engineering, 2016, 179: 55-67.

[9] DEFRAEYE T, RADU A. Convective drying of fruit: a deeper look at the air-material interface by conjugate modeling [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 108: 1610-1622.

[10] ELHALWAGY M M, STRAATMAN A G. Dynamic coupling of phase-heat and mass transfer in porous media and conjugate fluid/porous domains [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 106: 1270-1286.

[11] LEWIS W K. The rate of drying of solid materials [J]. The Journal of Industrial & Engineering Chemistry, 1921, 13(5): 427-432.

[12] 楊明. 多孔介質(zhì)熱質(zhì)傳遞耦合形式分析 [D]. 昆明: 昆明理工大學, 2017.

[13] LUIKOV A V. Heat and mass transfer in capillary-porous bodies [J]. Advances in Heat Transfer, 1964, 1: 123-184.

[14] ABAHRI K, BELARBI R, TRABELSI A. Contribution to analytical and numerical study of combined heat and moisture transfers in porous building materials [J]. Building and Environment, 2011, 46(7): 1354-1360.

[15] STEEMAN H J. Modelling local hygrothermal interaction between airflow and porous materials for building applications [D]. Ghent, Belgium: Ghent University, 2009.

[16] 巫戀戀. 裝配式建筑連接節(jié)點熱濕耦合傳遞研究 [D]. 天津: 天津大學, 2020.

[17] DE WIT M. Warmte en Vocht in Constructies [M]. Eindhoven, Holland: Eindhoven University of Technology, 2002.

[18] WHITAKER S. Simultaneous heat, mass, and momentum transfer in porous media: a theory of drying [M]∥HARTNETT J P, IRVINE T F. Advances in Heat Transfer. Amsterdam, Holland: Elsevier, 1977: 119-203.

[19] LEE W H. A pressure iteration scheme for two-phase flow modeling [M]∥Computational Methods for Two-Phase Flow and Particle Transport. Trenton, NJ, USA: World Scientific, 1980: 61-82.

[20] Anon. A new method for prediction of binary gas-phase diffusion coefficients [J]. Vacuum, 1966, 16(10): 551.

[21] ISO. Hygrothermal performance of building materials and products: determination of water vapour transmission properties: cup method: ISO 12572: 2016 [S]. Geneva, Switzerland: ISO, 2016.