多孔介質(zhì)對流換熱系數(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)過程。而多孔介質(zhì)的高效熱回收和強(qiáng)化傳熱問題近年來一直是研究的熱點(diǎn)。其中，獲取準(zhǔn)確和適用范圍廣的對流換熱系數(shù)一直是多孔介質(zhì)對流換熱研究的主要任務(wù)、核心和關(guān)鍵。通過對近年來國內(nèi)外的研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，多孔介質(zhì)內(nèi)部對流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式主要通過實驗和數(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)對流換熱系數(shù)，同時考查多孔介質(zhì)內(nèi)部流動形態(tài)究竟更接近繞流流動還是管流流動，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)對流換熱系數(shù)分形關(guān)聯(lián)式，并運(yùn)用數(shù)值研究對所得結(jié)果進(jìn)行了驗證，通過與傳統(tǒng)經(jīng)典解“Wakao and Kaguei”公式對比，得到了它們的適用范圍。
　　對于繞流模型，在雷諾數(shù)為103~7.6×104，普朗特數(shù)為0.5~15，孔隙率為0.39~0.49，溫度在

3、1200K以下時，分形解與傳統(tǒng)準(zhǔn)則方程“Wakao and Kaguei”公式相吻合，最大相對偏差在20％以內(nèi)。對于孔喉模型，分形解在雷諾數(shù)5310?Re?10，普朗特數(shù)0.5~55時，與傳統(tǒng)準(zhǔn)則方程“Wakao and Kaguei”公式相吻合，最大相對偏差在20%以內(nèi)?？紫堵始皽囟茸兓瘜υ摲中谓庥绊懖淮?，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)。通過對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，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，分形解會比傳統(tǒng)解偏小，且隨著雷諾數(shù)增大，偏差越來越大。
　　此外，本文還選取了七種不同級配粒度級的多孔介質(zhì)，并通過 Matlab軟件對一些經(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)行了比較計算。計算中采用水作為流體，同時考慮了當(dāng)量直徑、孔隙率和雷諾數(shù)幾個因素對它們的影響，得到了努塞爾數(shù)變化對比圖，并分