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摘要
多孔介质内水冻结过程的传热传质问题普遍存在于寒区工程、食品冷冻保鲜和建筑、路面冻融破坏等领域。本研究在介观尺度下对多孔介质内水结冰相界面的演化机理进行了实验与模拟研究。首先通过单向冻结实验，研究了孔隙半径500μm微孔道内水冻结过程中相界面及温度场演变规律。然后通过数值模拟，研究了边界温度、孔隙间距、孔隙结构对相界面演变规律和水冻结速率的影响。结果表明，相界面相对曲率随孔隙半径减小而减小，在孔道中，相对曲率先减小后增大，使相界面从凹形向凸形变化。孔道内温度随时间下降先快后慢，其速率与温度梯度有关。过冷引起0℃等温线与相界面之间过冷带的形成。孔隙间距越小，孔道内的温度梯度突跃越剧烈，阻碍传热。在本文研究的四种孔隙结构中，圆形直排冻结速率最大。
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