Моделирование тепловых процессов в пористых материалах и исследования их теплогидродинамических характеристик

• Автор: Данилов, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Оглавление
Основные обозначения
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований теплоотдачи и
гидродинамического сопротивления пористых материалов
1.1. Пористые материалы и их применение в энергетике
1.2. Моделирование структуры пористых тел
1.3. Теплофизические свойства пористых материалов
1.4. Теплоотдача пористых материалов
1.5. Гидравлическое сопротивление пористых материалов
1.6. Методы исследование теплоотдачи пористых материалов
1.6.1 Математические модели тепловых процессов
1.6.2 Экспериментальные стенды
Выводы по главе
Глава 2. Стенд для исследования внутренней теплоотдачи и
сопротивления пористых материалов
2.1. Устройство стенда
2.1.1 Газодинамическая схема стенда
2.1.2 Измерительная схема стенда
Выводы по главе
Глава 3. Математическое моделирование структуры и тепловых процессов в пористых материалах
3.1. Геометрическая модель низкопористой структуры
3.2. Г еометрическая модель высокопористой структуры
3.3. Теплофизические свойства пористых структур

3.4. Сопряженная задача стационарного теплообмена однофазного потока с пористым цилиндром при переменной температуре боковой поверхности каркаса по длине цилиндра
3.5. Оценка доли теплоты, отдаваемой каркасу
3.6. Выбор расчетной пористости и проверка результатов расчетов характерных температур пористого цилиндра по результатам измерения на стенде
3.7. Методика исследования теплоотдачи и сопративления пористого цилиндра
3.8. Тестирование методики исследования теплоотдачи
Выводы по главе
Глава 4. Результаты исследований теплоотдачи и сопротивления пористых материалов
4.1. Геометрические характеристики исследованных пористых образцов
4.2. Результаты исследования теплоотдачи
4.3. Оценка теплоэнергетической эффективности пластинчатого теплообменника с пористыми вставками
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Об ошибочности формулы (1.1) в случае тетраэдрической
укладки
Приложение 2. Теплофизические свойства металлов
Приложение 3. Теплофизические свойства воздуха

Основные обозначения
Параметры:
а - вязкостный коэффициент сопротивления пористого материала, м~2; ау - объемный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м3 К);
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 £ - пористость; в,, - просветность;
8у — объемная пористость;
£ск - относительная площадь поперечного сечения жесткого скелета;
£ - коэффициент сопротивления; г/ - динамическая вязкость, кг/(м-с);
~ доля теплового потока, отводимого от стенки каркасом, Вт/м3;
9 = (/ — /СХ)П1ах )// - 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);

3 мм. Критериальное уравнение теплоотдачи, полученное обобщением полученных данных, имеет вид:
Nud = 0,35Re0,65 Pr0’4
f D N°’14 Pr

V ct

(1.26)
где в качестве характерного размера принят эквивалентный диаметр канала О, а за определяющую скорость - скорость фильтрации теплоносителя.
В работах [43, 44] приведены результаты исследования теплоотдачи в медном ВПЯМ. Результаты исследования теплоотдачи ВПЯМ обобщены критериальным уравнением [44]
Nu„ =0,063Re«27 Pr,0-4(Prt/Prw>

(1.27)
На рис. 1.12 показаны опытные данные (точки), уравнение (1.27), обобщающее опытные данные, и уравнения (1.25) и (1.26), приведенные к условиям опытов, описанных в работе [44].

Рис. 1.12. Теплоотдача в ВПЯМ [45]
1 -уравнение (1.27); 2-уравнение (1.25); 3 - уравнение (1.26)
Видно, что расхождение между уравнениями (1.26) и (1.27), с одной стороны, и уравнением (1.25), с другой, составляет, примерно, 100%. Поэтому явление внутреннего теплообмена в пористых структурах требует дальнейшего изучения. Это следует также из того, что исследователи пока что для характеристики пористости применяют разные параметры (определяющие размеры, определяющие числа подобия) и разные методики оценки