多孔介質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)的分形研究.pdf

1、多孔介質(zhì)具有良好的蓄熱和換熱性能，廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、冶金、建材、礦業(yè)等許多工業(yè)過(guò)程。而多孔介質(zhì)的高效熱回收和強(qiáng)化傳熱問(wèn)題近年來(lái)一直是研究的熱點(diǎn)。其中，獲取準(zhǔn)確和適用范圍廣的對(duì)流換熱系數(shù)一直是多孔介質(zhì)對(duì)流換熱研究的主要任務(wù)、核心和關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法得到，而鄭坤燦的多孔介質(zhì)管流模型分形理論解形式更接近流體外掠球體的努塞爾數(shù)形式。
　　為了獲取準(zhǔn)確和適用性

2、廣的多孔介質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)，同時(shí)考查多孔介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)形態(tài)究竟更接近繞流流動(dòng)還是管流流動(dòng)，本文建立了多孔介質(zhì)繞流模型及孔喉模型，基于分形理論，推導(dǎo)得到了繞流模型及孔喉模型下的多孔介質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)分形關(guān)聯(lián)式，并運(yùn)用數(shù)值研究對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)與傳統(tǒng)經(jīng)典解“Wakao and Kaguei”公式對(duì)比，得到了它們的適用范圍。
　　對(duì)于繞流模型，在雷諾數(shù)為103~7.6×104，普朗特?cái)?shù)為0.5~15，孔隙率為0.39~0.49，溫度在

3、1200K以下時(shí)，分形解與傳統(tǒng)準(zhǔn)則方程“Wakao and Kaguei”公式相吻合，最大相對(duì)偏差在20％以內(nèi)。對(duì)于孔喉模型，分形解在雷諾數(shù)5310?Re?10，普朗特?cái)?shù)0.5~55時(shí)，與傳統(tǒng)準(zhǔn)則方程“Wakao and Kaguei”公式相吻合，最大相對(duì)偏差在20%以內(nèi)?？紫堵始皽囟茸兓瘜?duì)該分形解影響不大，其與傳統(tǒng)方程最大偏差隨孔隙率及溫度變化均保持在10%以內(nèi)。通過(guò)對(duì)兩種模型分形解與傳統(tǒng)解得比較還發(fā)現(xiàn)，在低雷諾數(shù)時(shí)，分形解比傳統(tǒng)解偏

4、大，有較大誤差，隨著雷諾數(shù)增加，分形解與傳統(tǒng)解趨于一致，當(dāng)雷諾數(shù)增大到一定值后，分形解會(huì)比傳統(tǒng)解偏小，且隨著雷諾數(shù)增大，偏差越來(lái)越大。
　　此外，本文還選取了七種不同級(jí)配粒度級(jí)的多孔介質(zhì)，并通過(guò) Matlab軟件對(duì)一些經(jīng)典的傳統(tǒng)解關(guān)聯(lián)式與本文理論推導(dǎo)得到的兩種模型下分形解關(guān)聯(lián)式以及鄭坤燦的管流模型分形解關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了比較計(jì)算。計(jì)算中采用水作為流體，同時(shí)考慮了當(dāng)量直徑、孔隙率和雷諾數(shù)幾個(gè)因素對(duì)它們的影響，得到了努塞爾數(shù)變化對(duì)比圖，并分