Моделирование и расчет теплогидродинамических характеристик высокопористого материала

• Автор: Назипов, Рустем Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 127 с. : ил.

2 Оглавление

Основные обозначения

Введение

Глава 1. Современное состояние исследований теплоотдачи и

гидродинамического сопротивления пористых материалов

1.1. Виды пористых материалов

1.2. Применение пористых материалов в технике

1.3. Теплоотдача пористых материалов

1.4. Сопротивление пористых материалов

1.5. Геометрические и теплофизические свойства пористых

материалов
1.6. Об определяющем размере пористости
1.7. Расчет температурных полей в пористых материалах
Выводы по главе 1
Глава 2. Моделирование свойств и тепловых процессов в пористом
цилиндре. Методика исследования теплогидродинамических
характеристик
2.1. Моделирование геометрии высокопористой структуры
2.2. Моделирование теплофизических свойств каркаса и теплоносителя
в пористом материале
2.3. Моделирование тепловых процессов в пористом цилиндре
2.4. Методика исследования теплоотдачи пористой структуры
2.5. Методика исследования сопротивления пористой структуры
Выводы по главе 2
Глава 3. Экспериментальный стенд для исследования тепло гидродинамических характеристик пористых материалов
3.1. Описание стенда
3.2. Методика проведения эксперимента и обработки данных прямых измерений
3.2.1. Измерение параметров пористости
3.2.2. Измерение расхода теплоносителя
3.2.3. Измерение температур
3.2.4. Измерение давления и потерь давления
Выводы по главе
Глава 4. Результаты исследований характеристик

4.1. Обоснование выбора расчетной пористости
4.2. Сопоставление расчетных и измеренных значений температуры
воздушного потока на выходе из пористого цилиндра
4.3. Геометрические характеристики исследованных образцов ВПЯМ
4.4. Температурные поля в пористом теле
4.5. Результаты исследований теплоотдачи
4.6. Результаты исследованийсопротивления
4.7. Оценка погрешностей измерения теплоотдачи и сопротивления
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Теплофизические свойства воздуха
Приложение 2. Теплофизические свойства металлов

Основные обозначения
Параметры:
а - вязкостный коэффициент сопротивления пористого материала, м~2; ау - объемный коэффициент теплоотдачи;
аск - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности каркаса пористого тела, Вт/(м2К);
а0 - коэффициент теплоотдачи входного торца пористого цилиндра, Вт/(м2К);
а, - коэффициент теплоотдачи выходного торца пористого цилиндра, Вт/(м2-К);
(3 - инерционный коэффициент сопротивления, м_1;
Є - пористость;
є5 - просветность;
є у - объемная пористость;
Еск — относительная площадь поперечного сечения жесткого скелета;
£ - коэффициент сопротивления;
7] - динамическая вязкость, кг/(м с);
г)д - доля теплового потока, отводимого от стенки каркасом, Вт/м3;
9 = (/ - /СТіГІШХ')/С — относительная температура;
Я - теплопроводность, Вт/(м К);
V - кинематическая вязкость, м2/с; р - плотность, кг/м3; а - температуропроводность, м2/с; с - удельная теплоемкость, Дж/(К-кг);

Из новых моделей следует отметить работу [26], в которой предложена модель ВПЯМ, состоящая из пустотелых шаровых частиц, соединенных между собой каналами (рис. 1.11). Здесь предполагается, что теплоноситель, перетекая по каналам из одной поры в другую, внутри канала входит в тепловое равновесие с температурой каркаса пористого тела. Затем он перемешивается внутри поры и дальше течет по каналам, снова обмениваясь теплом с твердой фазой. Поэтому пористость ВПЯМ по этой модели находится как:
где Уп - объем пор без учета объема каналов.
Основным недостатком рассмотренных моделей является то, что ни одна из них не позволяет определить весь перечень геометрических характеристик пористости, необходимых для адекватного описания тепловых процессов, протекающих в пористых телах, охлаждаемых или нагреваемых теплоносителями. В этот перечень характеристик помимо объемной пористости ву, просветности е з и диаметра пор или зерен с/сф входят также удельная поверхность пор /№,
эквивалентный диаметр каналов с/э, эквивалентный диаметр перемычек с1ск и др. Отсутствие полной информации о пористости вынуждает исследователей использовать для обобщения экспериментальных результатов по теплоотдаче и сопротивлению пористых структур лишь ограниченный набор характеристик, в первую очередь, определяющих размеров, о чем сказано выше.
Теплофизические свойства каркаса (скелета) часто оцениваются совместно со средой, заполняющей поры [30, 40, 41]. Такой подход оправдан тогда, когда заполняющая поры среда неподвижна и процесс переноса теплоты сводится только к теплопроводности материала, например, при оценке его теплоизолирующей способности. В случаях, когда через пористый материал течет теплоноситель, приходится учитывать его теплообмен с поверхностью пор в самом пористом материале, и тогда необходимы сведения о свойствах отдельных участников процесса переноса теплоты — каркаса и теплоносителя.