| 摘要 | 第3-6页 |
| ABSTRACT | 第6-9页 |
| 主要符号表 | 第20-22页 |
| 1 绪论 | 第22-66页 |
| 1.1 研究背景 | 第23-32页 |
| 1.1.1 质子交换膜燃料电池 | 第23-26页 |
| 1.1.2 微反应器 | 第26-28页 |
| 1.1.3 二氧化碳地质封存 | 第28-30页 |
| 1.1.4 核废料处理 | 第30-32页 |
| 1.2 关键科学问题 | 第32-57页 |
| 1.2.1 微细多孔介质内两相流动过程 | 第32-39页 |
| 1.2.2 微通道内气液两相流动问题 | 第39-48页 |
| 1.2.3 微反应器内耦合的流动、传热，传质和化学反应输运问题 | 第48-49页 |
| 1.2.4 耦合的扩散、非线性反应和沉淀过程 | 第49-53页 |
| 1.2.5 耦合的单相流动、传质、化学反应及固体溶解沉淀问题 | 第53-56页 |
| 1.2.6 耦合的多相流动、传热、传质、化学反应及固体溶解沉淀问题 | 第56-57页 |
| 1.3 多尺度问题及多尺度数值模拟方法 | 第57-63页 |
| 1.3.1 多尺度问题 | 第57-59页 |
| 1.3.2 分区计算、界面耦合多尺度数值模拟方法 | 第59-63页 |
| 1.4 本文的主要研究内容 | 第63-66页 |
| 2 数值模拟方法简介 | 第66-78页 |
| 2.1 数值模拟方法简介 | 第66-67页 |
| 2.2 有限容积法 | 第67-69页 |
| 2.3 格子Boltzmann方法 | 第69-74页 |
| 2.3.1 从Boltzmann方程到格子Boltzmann方法 | 第69-71页 |
| 2.3.2 边界条件 | 第71页 |
| 2.3.3 格子多相模型 | 第71-74页 |
| 2.4 Volume of Fluid | 第74-76页 |
| 2.5 Volume of Pixel | 第76页 |
| 2.6 本文数值模拟方法创新 | 第76-77页 |
| 2.7 本章小结 | 第77-78页 |
| 3 微细多孔介质内气液两相流动过程 | 第78-102页 |
| 3.1 研究背景 | 第78-79页 |
| 3.2 格子模型简介 | 第79-82页 |
| 3.2.1 格子流动模型 | 第79-80页 |
| 3.2.2 格子传质模型 | 第80-81页 |
| 3.2.3 格子多相模型 | 第81-82页 |
| 3.3 计算区域 | 第82-83页 |
| 3.4 气体扩散层渗透率和有效扩散系数 | 第83-85页 |
| 3.4.1 渗透率 | 第84-85页 |
| 3.4.2 有效扩散系数 | 第85页 |
| 3.5 气体扩散层中的单相流动和多组分传质过程 | 第85-90页 |
| 3.5.1 电化学反应 | 第86页 |
| 3.5.2 边界条件 | 第86-87页 |
| 3.5.3 程序验证 | 第87页 |
| 3.5.4 结果与讨论 | 第87-90页 |
| 3.6 插指型通道下气体扩散层中气液两相流动过程模拟 | 第90-97页 |
| 3.6.1 参数验证 | 第91-93页 |
| 3.6.2 液态水在气体扩散层中运动过程 | 第93-97页 |
| 3.7 气体扩散层混合润湿特性对液态水分布的影响及对宏观输运参数的影响 | 第97-100页 |
| 3.8 本章小结 | 第100-102页 |
| 4 微通道中的两相流动过程 | 第102-124页 |
| 4.1 研究背景 | 第102页 |
| 4.2 物理和数学模型 | 第102-105页 |
| 4.2.1 计算区域 | 第102-104页 |
| 4.2.2 控制方程 | 第104-105页 |
| 4.2.3 边界条件网格划分 | 第105页 |
| 4.3 结果和讨论 | 第105-123页 |
| 4.3.1 气体扩散层表面润湿特性的影响 | 第106页 |
| 4.3.2 气体扩散层表面粗糙度的影响 | 第106-112页 |
| 4.3.3 气体扩散层表面微观结构的影响 | 第112-116页 |
| 4.3.4 液滴一维受力分析模型 | 第116-123页 |
| 4.4 本章小结 | 第123-124页 |
| 5 微通道中多组分多相耦合反应过程模拟研究 | 第124-140页 |
| 5.1 研究背景 | 第124页 |
| 5.2 物理和数学模型 | 第124-128页 |
| 5.2.1 计算区域 | 第124-126页 |
| 5.2.2 模型假设 | 第126页 |
| 5.2.3 控制方程 | 第126-127页 |
| 5.2.4 边界条件 | 第127-128页 |
| 5.2.5 模拟过程 | 第128页 |
| 5.3 结果和讨论 | 第128-137页 |
| 5.3.1 基本工况液态水运动情况 | 第128-129页 |
| 5.3.2 反应气体速度的影响 | 第129-131页 |
| 5.3.3 气体扩散层表面润湿特性的影响 | 第131-132页 |
| 5.3.4 液态水分布对压降的影响 | 第132-133页 |
| 5.3.5 液态水分布对反应气体传输和局部电流密度分布的影响 | 第133-137页 |
| 5.4 电池结构优化 | 第137-139页 |
| 5.5 本章小结 | 第139-140页 |
| 6 微反应器中耦合反应输运过程模拟研究 | 第140-156页 |
| 6.1 研究背景 | 第140页 |
| 6.2 数学物理模型 | 第140-144页 |
| 6.2.1 控制方程 | 第140-141页 |
| 6.2.2 数值模拟方法 | 第141-142页 |
| 6.2.3 化学反应模型 | 第142页 |
| 6.2.4 流固耦合传热 | 第142-143页 |
| 6.2.5 计算区域和边界条件 | 第143-144页 |
| 6.3 结果和讨论 | 第144-155页 |
| 6.3.1 基本工况下流动、传热和传质过程 | 第145-146页 |
| 6.3.2 运行参数的影响 | 第146-148页 |
| 6.3.3 结构参数的影响 | 第148-155页 |
| 6.4 本章小结 | 第155-156页 |
| 7 耦合的扩散、非线性反应和沉淀过程模拟研究 | 第156-169页 |
| 7.1 研究背景 | 第156页 |
| 7.2 物理化学模型 | 第156-160页 |
| 7.2.1 化学反应 | 第156-157页 |
| 7.2.2 胶体结构 | 第157-158页 |
| 7.2.3 成核过程 | 第158页 |
| 7.2.4 晶体生长 | 第158-160页 |
| 7.3 数值模拟方法 | 第160页 |
| 7.3.1 格子传质模型 | 第160页 |
| 7.3.2 固体结构演化 | 第160页 |
| 7.3.3 结计算区域和边界条件 | 第160页 |
| 7.4 结果和讨论 | 第160-168页 |
| 7.4.1 基本工况 | 第160-162页 |
| 7.4.2 表面反应速率k_r的影响 | 第162-164页 |
| 7.4.3 LB固体沉淀传输系数对沉淀图案的影响 | 第164页 |
| 7.4.4 LB胶体浓度的影响 | 第164-167页 |
| 7.4.5 LB胶体材料的影响 | 第167-168页 |
| 7.5 本章小结 | 第168-169页 |
| 8 耦合的单相流动、传质、化学反应、固体溶解和沉淀过程 | 第169-195页 |
| 8.1 研究背景 | 第169页 |
| 8.2 多孔介质溶解过程及孔隙率和渗透率的关系研究 | 第169-174页 |
| 8.2.1 数学物理模型 | 第169-170页 |
| 8.2.2 结果和讨论 | 第170-174页 |
| 8.3 耦合的溶解和沉淀过程模拟 | 第174-190页 |
| 8.3.1 物理化学模型 | 第174-175页 |
| 8.3.2 沉淀过程 | 第175-176页 |
| 8.3.3 数值模拟方法 | 第176页 |
| 8.3.4 初始和边界条件 | 第176-177页 |
| 8.3.5 结果和讨论 | 第177-190页 |
| 8.4 假型现象 | 第190-193页 |
| 8.5 本章小结 | 第193-195页 |
| 9 耦合的多相流动、传热、传质、化学反应、溶解和沉淀过程 | 第195-214页 |
| 9.1 研究背景 | 第195页 |
| 9.2 物理化学模型 | 第195-196页 |
| 9.3 数值模拟方法 | 第196-204页 |
| 9.3.1 Shan-Chen单组分多相格子模型 | 第196-198页 |
| 9.3.2 格子传质模型 | 第198-199页 |
| 9.3.3 格子传热模型 | 第199页 |
| 9.3.4 VOP | 第199-200页 |
| 9.3.5 发生相转变点的信息处理 | 第200-201页 |
| 9.3.6 格子浓度边界条件 | 第201-203页 |
| 9.3.7 数值模拟步骤 | 第203-204页 |
| 9.4 程序验证 | 第204-208页 |
| 9.4.1 Shan-Chen单组分多相LB模型 | 第204-206页 |
| 9.4.2 格子传质模型和统一浓度边界条件验证 | 第206-208页 |
| 9.5 结果和讨论 | 第208-212页 |
| 9.5.1 包裹体热迁移过程 | 第208-210页 |
| 9.5.2 包裹体大小和温度梯度的影响 | 第210-212页 |
| 9.6 本章小结 | 第212-214页 |
| 10 多尺度数值模拟研究多尺度多物理化耦合反应输运过程I：浓度重构算子 | 第214-228页 |
| 10.1 研究背景 | 第214页 |
| 10.2 密度分布函数重构算子 | 第214-218页 |
| 10.3 浓度分布函数重构算子 | 第218-219页 |
| 10.4 分区计算、界面耦合的多尺度数值模拟方法 | 第219-220页 |
| 10.5 浓度分布函数重构算子验证 | 第220-227页 |
| 10.5.1 对流-扩散-体反应问题 | 第220页 |
| 10.5.2 扩散-边界反应问题 | 第220-221页 |
| 10.5.3 浓度梯度引起的自然对流问题 | 第221-227页 |
| 10.6 本章小结 | 第227-228页 |
| 11 多尺度数值模拟方法研究多尺度多物理化耦合反应输运过程II：PEMFC中流动、传质、质子传导和电化学反应过程 | 第228-240页 |
| 11.1 研究背景 | 第228页 |
| 11.2 物理化学模型 | 第228-230页 |
| 11.3 数值模拟方法 | 第230-231页 |
| 11.4 结果和讨论 | 第231-239页 |
| 11.4.1 流场分布 | 第231-233页 |
| 11.4.2 氧气和水蒸气浓度分布 | 第233页 |
| 11.4.3 过电位分布 | 第233-234页 |
| 11.4.4 多重网格模拟 | 第234-239页 |
| 11.5 本章小结 | 第239-240页 |
| 12 多尺度数值模拟方法研究多物理化学耦合反应输运过程数值模拟III：统一标量耦合算子和微反应器中流动、传热、传质和化学反应过程 | 第240-248页 |
| 12.1 研究背景 | 第240页 |
| 12.2 标量对流-扩散方程 | 第240-241页 |
| 12.3 统一标量耦合算子 | 第241页 |
| 12.4 涂壁微反应器 | 第241-242页 |
| 12.5 多尺度数值模拟 | 第242-243页 |
| 12.6 结果和讨论 | 第243-247页 |
| 12.7 本章小结 | 第247-248页 |
| 13 结论与展望 | 第248-251页 |
| 13.1 主要结论 | 第248-250页 |
| 13.2 论文创新点 | 第250页 |
| 13.3 未来工作展望 | 第250-251页 |
| 参考文献 | 第251-268页 |
| 致谢 | 第268-269页 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 | 第269-275页 |
