透波材料是用于保護(hù)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(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭或航天飛行器上的雷達(dá)罩及天線窗中。其中多孔型石英復(fù)合材料由于其質(zhì)輕、比強(qiáng)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(yīng)用

。然而,由于其多孔結(jié)構(gòu)和存在親水基團(tuán),材料在儲(chǔ)存時(shí)會(huì)發(fā)生一定程度的吸潮。同時(shí),由于水的介電常數(shù)和介電損耗很大(25 ℃時(shí)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(fù)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(dá)罩透波性能惡化,從而使得雷達(dá)作用距離大大縮短,瞄準(zhǔn)誤差增大

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

隨著我國(guó)政府會(huì)計(jì)改革的不斷深入推進(jìn)，2017年10月24日，財(cái)政部印發(fā)《政府會(huì)計(jì)制度—行政事業(yè)單位會(huì)計(jì)科目和報(bào)表》（財(cái)會(huì)〔2017〕25號(hào)，以下簡(jiǎn)稱《政府會(huì)計(jì)制度》），要求自2019年1月1日起全面施行，并鼓勵(lì)行政事業(yè)單位提前執(zhí)行?！墩畷?huì)計(jì)制度》構(gòu)建了“具備財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)與預(yù)算會(huì)計(jì)雙重功能，實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)與預(yù)算會(huì)計(jì)適度分離并相互銜接”的全新政府會(huì)計(jì)核算模式，對(duì)會(huì)計(jì)科目的設(shè)置使用和報(bào)表格式及編制進(jìn)行了詳細(xì)說明，同時(shí)在附錄中列示了主要業(yè)務(wù)和事項(xiàng)賬務(wù)處理舉例。

多孔材料內(nèi)部的濕分傳遞過程較為復(fù)雜,不僅包括液態(tài)和氣態(tài)濕分的流動(dòng),同時(shí)還包含擴(kuò)散和相變過程,這對(duì)材料內(nèi)部濕分分布和傳遞過程的有效預(yù)測(cè)帶來了難度。早期的研究中只單獨(dú)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(duì)材料內(nèi)部熱量、濕分耦合傳遞機(jī)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(jìn)行研究

。Steeman等

建立了一種忽略材料內(nèi)部濕分流動(dòng)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(duì)材料中的溫度、濕分進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。VAN Belleghem等

提出了一種同時(shí)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(duì)建筑圍護(hù)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(jìn)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(dǎo)向性。所謂導(dǎo)向性，就是將名師評(píng)選的條件和標(biāo)準(zhǔn)作為方向標(biāo)、指揮棒，使每一個(gè)有志于成為名師的教師明確努力的方向。從加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)這個(gè)意義上講，名師的評(píng)選既重在結(jié)果，同時(shí)也重在過程。從遴選指標(biāo)體系各要素及其權(quán)重中，可以看出名師評(píng)選的導(dǎo)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(duì)于干燥脫水問題而言,部分學(xué)者認(rèn)為其實(shí)質(zhì)就是獲得空氣和多孔材料界面的對(duì)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(shí)表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)會(huì)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(dòng)態(tài)耦合模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(dāng)直接受到太陽(yáng)輻射時(shí),空氣的流動(dòng)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(duì)于蘋果干燥過程而言,傳質(zhì)阻力以材料側(cè)的擴(kuò)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(duì)流阻力。以往學(xué)者提出的典型干燥理論可以概括為:Lewis提出的液態(tài)擴(kuò)散理論認(rèn)為,干燥過程中,固體材料內(nèi)部濕分在濕度梯度的驅(qū)動(dòng)下以液態(tài)擴(kuò)散的形式進(jìn)行遷移

;Henry提出的蒸發(fā)冷凝理論認(rèn)為水分含量以蒸氣的形式擴(kuò)散,考慮了溫度和質(zhì)量的同步擴(kuò)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(shí)驗(yàn)證實(shí),土壤等非飽和多孔介質(zhì)在溫度梯度下沒有液體流動(dòng),濕分僅以蒸氣的形式擴(kuò)散

;Luikov

認(rèn)為蒸氣、空氣和液態(tài)水分子的傳質(zhì)過程在干燥中同時(shí)發(fā)生,其中蒸氣和空氣以擴(kuò)散、滲流或?yàn)V流的形式傳遞,液體的變遷以擴(kuò)散、毛細(xì)吸附和濾流的形式進(jìn)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(bǔ)充了質(zhì)平衡方程,擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍

。

上述多孔介質(zhì)內(nèi)的干燥理論廣泛應(yīng)用于建筑材料及生物制品干燥過程研究,鮮有對(duì)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(fù)合材料在受到高溫加熱時(shí)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(fù)合材料熱-濕耦合傳遞高溫脫水?dāng)?shù)值模型。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定的杯法開展實(shí)驗(yàn)獲得了多孔型石英復(fù)合材料的水蒸氣阻力系數(shù);設(shè)計(jì)并開展了多孔型石英復(fù)合材料高溫加熱實(shí)驗(yàn),驗(yàn)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(shí)間的變化規(guī)律,探究了實(shí)際應(yīng)用過程中,受熱溫度、材料初始含濕量、水蒸氣阻力系數(shù)對(duì)多孔型石英復(fù)合材料熱濕傳遞及透波性能的影響。本文實(shí)現(xiàn)了多孔型石英復(fù)合材料內(nèi)部溫度和濕分的有效預(yù)測(cè),從而為該材料的實(shí)際使用提供了指導(dǎo)。

1 計(jì)算模型和數(shù)值方法

1.1 物理模型

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

首先對(duì)該過程的物理模型進(jìn)行分析與簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)引起的對(duì)流換熱、輻射、多孔骨架和孔隙中介質(zhì)的導(dǎo)熱以及由于水蒸氣的冷凝、液態(tài)水的蒸發(fā)而導(dǎo)致的相變換熱等;濕分的傳遞包括液態(tài)濕分的流動(dòng)過程、水蒸氣的擴(kuò)散作用和水蒸氣隨空氣流動(dòng)引起的對(duì)流傳質(zhì)等過程。

本次實(shí)驗(yàn)采用的TGP 206A型地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀對(duì)蓄集峽水電站引水發(fā)電隧洞進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，由于該儀器具有非常高的靈敏度，因此在每次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開始之前，能夠產(chǎn)生震動(dòng)的一切施工工作均暫停，以防影響數(shù)據(jù)采集；而在兩個(gè)接收孔中采用黃油將兩個(gè)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(shí)應(yīng)當(dāng)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(shí)間；當(dāng)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(hào)，若有啞炮或未觸發(fā)的情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)炮，不能直接跳過。因?yàn)樗幘淼囊托盘?hào)的采集應(yīng)當(dāng)同時(shí)進(jìn)行，故藥卷應(yīng)當(dāng)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(jì)算量,采用1/4對(duì)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(jìn)行模擬,邊界條件設(shè)置為實(shí)驗(yàn)真實(shí)環(huán)境所對(duì)應(yīng)的參數(shù),即空氣區(qū)域遠(yuǎn)場(chǎng)設(shè)置為296 K、相對(duì)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(shí)驗(yàn)所測(cè)得加熱面溫度曲線設(shè)置。經(jīng)過網(wǎng)格和時(shí)間無關(guān)性檢驗(yàn),結(jié)果如圖5所示,采用網(wǎng)格個(gè)數(shù)384 345,時(shí)間步長(zhǎng)為1 s。

1.2 數(shù)學(xué)模型

1.2.1 濕空氣區(qū)域

強(qiáng)化專項(xiàng)整治，嚴(yán)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(xiàng)整治工作，加大對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)品、重點(diǎn)區(qū)域、重要節(jié)點(diǎn)的食品專項(xiàng)整治，如豆制品專項(xiàng)整治、疫苗專項(xiàng)整治等。專項(xiàng)檢查組共出動(dòng)人員82人次，執(zhí)法車輛22車次，對(duì)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(jìn)行了全面檢查。創(chuàng)新宣傳形式，全面推進(jìn)社會(huì)共治。通過開展各類宣傳，有組織、有計(jì)劃、有步驟地開展食品藥品安全宣傳活動(dòng)；加大對(duì)企業(yè)責(zé)任人的培訓(xùn)工作，提升企業(yè)第一責(zé)任人意識(shí)和自律意識(shí)。

真實(shí)使用環(huán)境下多孔型石英復(fù)合材料內(nèi)部濕分遷移和能量傳遞包含化學(xué)反應(yīng)、導(dǎo)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(jìn)行傳熱傳質(zhì)的界面耦合,直接建立這樣的多孔型石英復(fù)合材料傳熱預(yù)測(cè)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(kuò)散和對(duì)流,因此采用以下假設(shè):沒有化學(xué)反應(yīng),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(yùn)過程濕空氣壓力變化較小,不會(huì)影響濕空氣的熱物性?？傻脻窨諝鈪^(qū)的連續(xù)方程以及動(dòng)量方程

(1)

(2)

式中:

為濕空氣的密度,kg/m

;

為動(dòng)力黏度,Pa·s;

為時(shí)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?！碧吩唬骸白訛檎?，而亡不出境，反不誅國(guó)亂，非子而誰(shuí)？”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(xiàng)

的計(jì)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(kuò)散通量,kg/(m

·s);

為水蒸氣質(zhì)擴(kuò)散系數(shù),m

/s。

式(3)表示在單位時(shí)間內(nèi)單位控制體中,水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?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(kuò)散進(jìn)入的水蒸氣質(zhì)量。為了考慮溫度變化對(duì)水分輸運(yùn)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(yùn)方程相同的分析方法可以推導(dǎo)得到濕空氣的能量方程

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

式(4)表示在單位時(shí)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(dǎo)入的能量與控制體邊界水蒸氣擴(kuò)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(xué)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(xué)溫度,K;

為濕空氣導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);下標(biāo)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(xué)反應(yīng)過程,多孔型石英復(fù)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(fù)合材料內(nèi)部孔隙尺度較小,因此可以忽略其中的對(duì)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(xué)者將多孔材料中的熱-濕耦合模型分為兩類,一些模型認(rèn)為水蒸氣輸運(yùn)是唯一的水分輸運(yùn)機(jī)制,而另一些模型則同時(shí)考慮水蒸氣輸運(yùn)和液體輸運(yùn)

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

。在文獻(xiàn)[17]中,采用臨界含濕量的概念區(qū)分蒸氣主導(dǎo)的濕分輸運(yùn)與液體主導(dǎo)的濕分輸運(yùn)。對(duì)于吸濕性多孔材料,當(dāng)相對(duì)濕度低于98%時(shí),材料內(nèi)部水分遷移過程中,水蒸氣擴(kuò)散將占主導(dǎo)地位

,并可以用水蒸氣阻力系數(shù)涵蓋液體輸運(yùn)的較小貢獻(xiàn)?；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(kuò)散形式發(fā)生遷移;由于多孔型石英復(fù)合材料在常溫存儲(chǔ)狀態(tài)下吸濕,相對(duì)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(yùn)占主導(dǎo)作用,可以認(rèn)為液態(tài)水牢牢附著在多孔材料表面,毛細(xì)力導(dǎo)致的液態(tài)水遷移過程可以忽略;低于相變溫度時(shí),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(yīng),忽略其他化學(xué)反應(yīng)過程?？傻枚嗫讌^(qū)域的連續(xù)方程以及動(dòng)量方程

(6)

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(7)

式中

為質(zhì)量源項(xiàng)。

多孔型石英復(fù)合材料加熱至1 000 s時(shí)的仿真結(jié)果如圖8所示,隨著加熱的不斷進(jìn)行,熱量由樣品底部迅速向上傳遞,樣品的溫度逐漸達(dá)到相變溫度并且液態(tài)水劇烈相變反應(yīng)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(rèn)為本文構(gòu)建的多孔型石英復(fù)合材料在受熱下脫水過程的仿真模型較準(zhǔn)確可靠。

(8)

液態(tài)水輸運(yùn)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(kuò)散系數(shù),m

/s;

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

為相變質(zhì)量源項(xiàng)。

（51）三願(yuàn)九祖盡生天，四願(yuàn)酆都皆罷對(duì)。五願(yuàn)二炁無愆伏，六願(yuàn)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?jǐn)U散表示為水蒸氣在濕空氣中的擴(kuò)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(shí)驗(yàn)或查閱手冊(cè)獲得。

以包含固相、液相和氣相的REV為研究對(duì)象,由于忽略了液態(tài)水和濕空氣的流動(dòng),能量的變化僅由導(dǎo)熱、水蒸氣的擴(kuò)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(dǎo)率影響的多孔材料的等效熱導(dǎo)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(huì)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(yùn)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(yàn)公式確定或?qū)嶒?yàn)測(cè)得,包括相變質(zhì)量源項(xiàng)

、水蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)

、多孔型石英復(fù)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(yùn),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(yùn)方程。水蒸氣在濕空氣中的輸運(yùn)包含了因流動(dòng)和擴(kuò)散而引起的質(zhì)量傳遞,其中擴(kuò)散可以通過Fick定律來進(jìn)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(yùn)方程

(13)

式中:

為L(zhǎng)ee模型的質(zhì)量交換系數(shù),s

;

為含濕多孔型石英復(fù)合材料內(nèi)部液態(tài)水相變的反應(yīng)溫度,可以借助同步熱分析儀實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到。

水蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)

可根據(jù)Fuller公式

確定

(14)

式中:

為絕對(duì)壓力;

為摩爾質(zhì)量,g/mol;∑

為對(duì)應(yīng)組分的擴(kuò)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(chǎng)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(fù)合材料的水蒸氣阻力系數(shù)(水蒸氣在濕空氣中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)與多孔材料中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)之比)由杯法實(shí)驗(yàn)獲得,如圖1所示。根據(jù)2016年的ISO12572標(biāo)準(zhǔn)

,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(duì)濕度的恒定,并將樣品密封于測(cè)試杯中,然后將實(shí)驗(yàn)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(huì)從分壓力高的一側(cè)向另一側(cè)擴(kuò)散,待水蒸氣在多孔樣品中的流動(dòng)達(dá)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(jì)算得到水蒸氣阻力系數(shù)

,具體計(jì)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(duì)濕度計(jì)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(duì)濕度環(huán)境下,根據(jù)杯法實(shí)驗(yàn)得到多孔型石英復(fù)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(fù)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(shí)刻的

、

滿足以下關(guān)系

(18)

多孔型石英復(fù)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(shí)驗(yàn)測(cè)得給出;

為干燥多孔型石英復(fù)合材料密度,kg/m

。

1.4 數(shù)值求解

采用流體力學(xué)計(jì)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(dòng)量控制方程通過求解器默認(rèn)的連續(xù)方程、動(dòng)量方程進(jìn)行求解,由于濕空氣區(qū)域和多孔區(qū)域中能量方程的復(fù)雜性,能量方程采用自定義形式。通過引入3個(gè)自定義標(biāo)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(duì)兩區(qū)域內(nèi)部的濕分輸運(yùn)方程和能量方程進(jìn)行求解,具體數(shù)值求解計(jì)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(fù)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(dǎo)率、多孔側(cè)體網(wǎng)格熱導(dǎo)率,

表示熱流。與之相對(duì)應(yīng)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(kuò)散系數(shù)、多孔側(cè)體網(wǎng)格的水蒸氣擴(kuò)散系數(shù),

表示濕分運(yùn)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(yùn)輸通量連續(xù)4個(gè)條件,且濕空氣區(qū)與多孔區(qū)的控制方程實(shí)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(jìn)行直接耦合計(jì)算,濕分的傳遞過程類比熱量的傳遞進(jìn)行耦合處理。

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

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

2 模型驗(yàn)證

由于開展含濕多孔型石英復(fù)合材料在高馬赫數(shù)下氣動(dòng)加熱的脫水過程研究需要較大的風(fēng)洞設(shè)備,實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜且苛刻,故將材料的氣動(dòng)加熱簡(jiǎn)化為壁面加熱。為研究含濕多孔型石英復(fù)合材料在受熱脫水過程中,材料內(nèi)部水分分布隨時(shí)間的變化過程,并驗(yàn)證已建立的多孔型石英復(fù)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(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案,搭建了壁面加熱實(shí)驗(yàn)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(diǎn)位示意圖如圖4所示。

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

由于濕分在濕空氣和多孔型石英復(fù)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(duì)空氣和多孔材料中的傳熱傳質(zhì)過程分析并建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。

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

（1）要完善中小學(xué)財(cái)務(wù)管理的內(nèi)控制度，最為緊迫的是建立學(xué)校財(cái)務(wù)管理的預(yù)算制度，其中關(guān)鍵是要選擇更加詳細(xì)更加合適的編制預(yù)算的方法，充分考慮中小學(xué)的機(jī)構(gòu)設(shè)置、人員編制、學(xué)生和班級(jí)數(shù)量、經(jīng)費(fèi)控制標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展的方向；同時(shí)，為確保財(cái)務(wù)制度得到全面落實(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行下達(dá)的預(yù)算，不能出現(xiàn)超總額超定額的現(xiàn)象。以學(xué)校的物資采購(gòu)為例，對(duì)學(xué)校辦公用品、教學(xué)儀器、文體器材等采購(gòu)時(shí)，不僅采購(gòu)流程要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，還必須做到：一方面，財(cái)務(wù)部門對(duì)每一筆支出的合理性進(jìn)行分析，以確保預(yù)算資金的合理使用；另一方面，應(yīng)完善票據(jù)管理方法，對(duì)發(fā)票、附件等進(jìn)行核查，確保其真實(shí)合法性。

3 結(jié)果討論與分析

為了近似探究實(shí)際應(yīng)用過程中,材料受熱脫水時(shí),受熱溫度、材料初始含濕量、水蒸氣阻力系數(shù)對(duì)多孔型石英復(fù)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(fù)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(shí)間的變化規(guī)律。

3.1 加熱溫度對(duì)多孔型石英復(fù)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(fù)合材料,除上述驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中的長(zhǎng)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(zhǎng)方體三維模擬耗時(shí)較久,為簡(jiǎn)化計(jì)算,采用軸對(duì)稱圓柱多孔型石英材料使用相同程序進(jìn)行模擬,軸對(duì)稱模型網(wǎng)格劃分示意圖如圖9所示。圓柱體軸對(duì)稱模擬網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)如圖10所示,在保證計(jì)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(duì)濕度為72%,邊界條件為遠(yuǎn)場(chǎng)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(shí)體積含濕量隨時(shí)間變化曲線和不同加熱溫度工況受熱脫水時(shí)平均溫度隨時(shí)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(dāng)523 K加熱工況脫水結(jié)束時(shí),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(shí)平均介電損耗tan

隨時(shí)間變化曲線,材料貯存吸濕后其中的水分會(huì)增加材料整體介電損耗,觀察到隨著時(shí)間的推移加熱脫水過程不斷進(jìn)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(huì)導(dǎo)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(duì)材料透波性能的影響消除得更快。

3.2 材料初始含濕量對(duì)多孔型石英復(fù)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(shí),材料體積含濕量及平均溫度隨時(shí)間變化曲線。其中5 kg/m

、15 kg/m

、72 kg/m

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

時(shí)的脫水時(shí)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(duì)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(shí)濕分相變吸收大量熱量,導(dǎo)致升溫速率較慢。

圖16為不同初始含濕量工況受熱脫水時(shí)材料平均介電損耗tan

隨時(shí)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(shí)間越長(zhǎng),其平均介電損耗變化時(shí)間持續(xù)更久。

課程可以分為理論課程和實(shí)踐課程，而普通高校比較擅長(zhǎng)于理論課程的講授，而容易忽視實(shí)踐課程的教學(xué)，導(dǎo)致部分社區(qū)成員社區(qū)學(xué)習(xí)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(rèn)識(shí)角度問題而認(rèn)為不重要，不予開設(shè)。

3.3 水蒸氣阻力系數(shù)對(duì)多孔型石英復(fù)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(shí)材料平均氣態(tài)水濃度及液態(tài)水濃度隨時(shí)間變化曲線,可知隨著水蒸氣阻力系數(shù)的增大,其對(duì)相變得到的氣態(tài)水逸出有明顯的阻礙作用,而對(duì)相變過程幾乎無影響。含濕多孔型石英復(fù)合材料在受熱時(shí)的脫水過程要綜合液態(tài)水的相變和氣態(tài)水的擴(kuò)散作用,當(dāng)水蒸氣阻力系數(shù)達(dá)到200且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料實(shí)際水蒸氣阻力系數(shù)時(shí),對(duì)總體積含濕量的影響仍然很小,可以認(rèn)為水蒸氣阻力系數(shù)對(duì)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(shí)材料平均介電損耗隨時(shí)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(dāng)水蒸氣阻力系數(shù)達(dá)到200且遠(yuǎn)高于材料實(shí)際水蒸氣阻力系數(shù)時(shí),對(duì)總體積含濕量的影響仍然很小,這就導(dǎo)致其對(duì)介電損耗的影響也很小,可以認(rèn)為水蒸氣阻力系數(shù)對(duì)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(duì)含濕多孔型石英復(fù)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?dāng)?shù)值模型,開展了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)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(fù)合材料高溫脫水過程的熱濕耦合模型,通過杯法實(shí)驗(yàn)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(duì)濕度環(huán)境下測(cè)得多孔型石英復(fù)合材料

=35.3。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(yù)測(cè)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(duì)多孔型石英復(fù)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(fù)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(dòng)加熱的溫度及時(shí)間從而快速脫除濕分,減小高空飛行中濕分對(duì)無線電通信的影響。

(3)探究了材料初始含濕量對(duì)多孔型石英復(fù)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(shí)間越長(zhǎng),并且脫水時(shí)濕分相變吸收大量熱量,導(dǎo)致升溫速率較慢,此時(shí)含濕石英復(fù)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(shí),90%相對(duì)濕度飽和吸濕工況脫水時(shí)間約為30%相對(duì)濕度工況的2倍。實(shí)際存儲(chǔ)過程中應(yīng)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(duì)多孔型石英復(fù)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(duì)氣態(tài)水逸出有明顯的阻礙作用,而對(duì)液態(tài)水脫除幾乎無影響,綜合考慮認(rèn)為水蒸氣阻力系數(shù)

<200時(shí),對(duì)材料的高溫脫水過程影響有限,因此對(duì)含濕石英復(fù)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(fù)合材料熱-濕耦合傳遞高溫脫水?dāng)?shù)值模型,可以有效預(yù)測(cè)材料的濕分分布,進(jìn)而判斷材料的透波性能變化,研究結(jié)果可為該材料的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

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