等温容器内多孔介质强化导热探究

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1、等温容器内多孔介质强化导热探究摘要：等温容器是在充放气过程中容器内温度基本保持不变的一种特殊容器，在气动系统中有着广泛的应用.为强化放气过程中容器壁向内部的导热，以容器截面为研究对象，对内部铜丝的分布进行了探讨•在细铜丝填充密度一定的情况下，基于多孔介质模型，以容器截面导热热阻最小为目标，优化出两层和三层变密度填充下金属丝的分布•其热阻与均匀填充时相比，分别减少了37.63%和43.70%.研究结果表明，通过改变等温容器内细铜丝的分布可以强化容器壁向内部的导热.关键词：等温容器；多孔介质；孔隙率；强化导热中图分类号：TK124文献标志码：AStudyone

2、nhancementofheattransferinporousmediainisothermalchambersSUNJinxiang,YANGLihong(SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)Theisothermalchamberisaspecialcontainerwhichiswidelyappliedinthepneumaticsystem.Thetemperatureinthechamber

3、remainsunchangedduringcharginganddischarging.Inordertoenhancetheheatconductionfromthewalltotheinsideofthechamberduringdischarging,thedistributionofthincopperwiresonthechambercrosssectionwasstudied.Basedontheporousmediamodel,optimizationworkwascarriedoutatacertainfillingdensityofth

4、incopperwiretoobtainthetwolayerandthreelayervariabledensitiesofcopperwiresdistributionforaminimumthermalresistanceofthecontainercrosssection.Comparedwiththecaseofuniformfilling,thethermalresistancedecreasedby37.63%and43.70%,respectively.TheresuItsofthestudyshowedthattheheatconduct

5、ionfromthewalltotheinsideofthechambercanbeenhancedbychangingthedistributionofthincopperwiresintheisothermalchamber・Keywords：isothermalchamber；porousmedia；porosity；heattransferenhancement气动技术由于其介质来源简单方便、防磁防爆、系统安全可靠等优点，广泛应用于汽车、电子、半导体和自动化等行业•在气动系统中，充放气是最基本的过程，任何气动执行元件的动作都是靠充放气实现的•文献［

6、1-2］认为，充放气过程是多变过程，并通过实验确定了多变指数m,1本文在平均填充密度一定的情况下，基于多孔介质模型，研究等温容器内细金属丝的分布规律，来强化等温容器放气过程中容器壁向内部的导热.1变密度填充等温容器截面导热热阻模型很多学者在研究强化导热时，用热阻表征器件散热能力.王志斌等［13］通过建立热管散热系统的热阻网络模型，分析该系统的传热机理和路线，提升了系统的散热效果•沙战等［14］通过对闭式冷却塔内冷却盘管各热阻的数量级分析，找出影响盘管总热阻的主次因素，提高了冷却盘管的换热性能.陈春等［15］基于最小热阻理论，改进了传统混凝土导热系数计算模型

7、，并提高了导热效率•吴晶等［16］针对板式换热器进行了强化传热数值研究及热阻分析•物体导热热阻R可以类比导电电阻定义为物体的温差At与热流①之比，即R=At/0.传热过程热阻越大，则驱动相同热流所需要的温差就越大•减小热阻，在一定时间内物体各点温度上升越快,与最高温度处的温差也就越小•因此，可以通过改变等温容器内多孔介质的填充方式，建立其导热热阻模型并求解最小热阻，从而强化等温容器放气过程中的换热.为缩小放气时等温容器壁与中心的温差，以等温容器横截面为研究对象•等温容器放气过程中，容器壁温度高于容器内部温度，热量通过容器内铜丝向容器中心传导•因此，等温容器

8、截面中的铜丝分层变密度填充时，热量向中心传导过程如同多层同心圆环传