前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

Experimental study and theoretical analysis of fluid resistance in porous media of glass spheres

Porous media have a wide range of applications in production and life, as well as in science and technology. The study of flow resistance in porous media has a great effect on industrial and agricultural production. The flow resistance of fluid flow through a 20-mm glass sphere bed is studied experimentally. It is found that there is a significant deviation between the Ergun equation and the experimental data. A staggered pore-throat model is established to investigate the flow resistance in randomly packed porous media. A hypothesis is made that the particles are staggered in a regular triangle arrangement. An analytical formulation of the flow resistance in random porous media is derived. There are no empirical constants in the formulation and every parameter has a specific physical meaning. The formulation predictions are in good agreement with the experimental data. The deviation is within the range of 25%. This shows that the staggered pore-throat model is reasonable and is expected to be verified by more experiments and extended to other porous media.     

应用粒子图像测试技术测量球床多孔介质单相流动的流场

多孔介质在生产生活以及科技发展中的应用十分广泛, 随着能源、化工、冶金和原子能等领域技术的发展, 以及近代工农业生产技术的进步, 大量多孔介质的传热传质问题逐渐出现, 进一步促进了多孔介质学科的形成和发展, 使其成为当今科学技术中令人瞩目的研究热点之一. 通过实验获得准确的实验图像和数据, 并使用相应软件对实验所得数据和流体流动图像进行深度分析, 这样既有真实可靠的实际数据, 又有直观的理论的支持, 使对多孔介质的研究更为完善. 实验结合粒子图像测试技术和折射率匹配技术对叉排排列玻璃球多孔介质填充床内的流体流动转变过程进行流场测试, 并提取数据, 采用Tecplot软件对提取数据进行处理, 得出流体流动机理的转变过程. 实验固相为由直径25 mm水晶玻璃球叉排堆积而成的填充床, 液相为65%苯甲醇和35% 无水乙醇配制的匹配液. 液相与固相的折射率都为1.477, 成功消除由于折射率不匹配引起的激光光线偏折. 实验得到雷诺数为 4.7 ≤ Re ≤ 1000时球床内流场图, 对比不同雷诺数时流场和流线变化得出: 随着雷诺数的增加, 流线变得越来越紊乱; 当雷诺数在220以上时, 球床内漩涡在尺寸变化上出现突跃, 在位置和形态变化表现出随机特征, 预示进入了稳定的湍流.