多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析

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1、多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析?256?材料导报2010年11月第24卷专辑16多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析张丹,李菊香(南京工业大学能源学院,南京210009)摘要基于简单立方体模型,应用Brinkman-Forchheimer-extendedDarcy流动模型并结合边界层理论,分析了边界恒热流条件下的多孔泡沫金属通道内层流强制对流时流体与多孔泡沫金属间的相界面温差,结果表明,相界面温差随着流体流速的增大而减小,随着多孔泡沫金属孔密度的增大而减小,而随着多孔泡沫金属孔隙率的增大而增大.关键词多L泡沫

2、金属简单立方体模型边界层理论相界面温差PhaseInterfaceTemperatureDifferenceofLaminarForcedConvectioninPorousMetalFoamZHANGDan,I.IJuxiang(CollegeofEnergy.NamingUniversityofTechnology,Naming210009)AbstractThephaseinterfacetemperaturedifferencebetweenporousmetalfoamwithrectangularcrosssectionan

3、dfluidisanalyzedbasedonsimplecubicmodelwithBrinkman-Forchheimer-extendedDarcyflowmodelandbounda—rylayertheoryunderconstantwallheatfluxconditionoflaminarforcedconvection.Itisshownthatthephaseinter—facetemperaturedifferencedecreaseswithfluidvelocityandporedensityincreasing

4、,butincreaseswithporosityofporousmetalfoamincreasing.Keywordsporousmetalfoam.simplecubicmodel,boundarylayertheory,phaseinterfacetemperaturediffe-renr0引言多孔泡沫金属是一种以金属为基体并含有一定数量,一定尺寸孔径,一定孔隙率的金属材料.作为一种新型多功能材料,多孔泡沫金属具有密度小,刚度大,比表面积大,减震性能好,消声效果好等优异物理特性和良好力学性能,因此广泛应用于工业,航天,军事等领域

5、【.多孔泡沫金属从结构上可分为开孔和闭孔两类.开孑L泡沫金属由于其高孑L隙率和复杂的三维立方网状结构而具有强化传热的作用,因此以开孔泡沫金属为流体通道的换热设备也受到了越来越多的关注.].多孑L泡沫金属换热器中的强化传热主要通过增强流体与金属材料间的对流传热而实现,因此,分析多孔泡沫金属换热器中两相界面的温差对于研究其传热性能具有重要的意义.Iee等L1.对多孑L介质中的相界面温差进行了特性分析;Marafie等n分析了多孑L介质中非达西效应对温差的影响.而文献[10,11]都是通过求解对流传热的动量方程和能量方程,从而得出流体和多孔泡

6、沫金属的温度分布的精确表达式来进行分析,这些表达式不但形式繁冗计算复杂,而且难于直接找出其随流体流动参数和多孔泡沫金属孔隙结构参数的变化规律.本文基于简单立方体模型,利用边界层理论,对边界恒热流条件下矩形截面的多孔泡沫金属通道内流体与金属材料间的相界面温差进行分析,以期得出形式简洁而且计算过程较为简单的温差表达式,且能够直观地反映其随流体流动参数和多孔泡沫金属孔隙结构参数的变化规律.1传热模型1.1控制方程图1为均匀来流掠过矩形截面多孑L泡沫金属的示意图,其中,下表面为恒热流条件,上表面为绝热,坐标和相关参数如图所示.图1恒热流条件下流

7、体掠过矩形截面多孔泡沫金属的示意图Fig.1Schemeoffluidflowacrossporousmetalfoamwithrectangularcl-osssectionunderconstantwallheatfluxcondition张丹:男,1986年生,在读硕士研究生,从事高效传质技术E-mail:viadan@163.com李菊香:通讯作者,女,1964年生,高级工程师,硕士生导师●●●●H●●●I三三三三多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析/张丹等?257?本文的假设为:(1)多孔介质为均匀介质;(2)流体为

8、不可压缩;(3)对流传热为定常;(4)流体和多孔介质均为常物性;(5)忽略质量力;(6)流体为牛顿型流体;(7)忽略多孔介质的热弥散效应;(8)忽略粘性耗散.对流传热的控制方程组为:质量守恒方程:d8ju,