093537刘晓燕两相颗粒多孔材料导热系数研究

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1、传热传质学编号:093537中国工程热物理学会学术会议论文两相颗粒多孔材料导热系数研究刘晓燕，郑春媛，张雪萍，刘佳佳，黄彩凤(大庆石汕学院土木建筑工程学院，黑龙江人庆163318)(Tel:0459-6503441,E-mail:renenggongchcng@l26.com)摘要：对于固■气两相颗粒多孔材料导热系数的预测，尚未见以实验数据对其各预测模熨进行分析以及验证其准确度的相关文献。本文利用热线法测定常见的两相颗粒多孔材料的导热系数，对国内外常用的预测两相颗粒多孔材料导热系数的九种模型进行描述，并将模型预测结果与实验数据进行对比分析。结果农明

2、，WoodsideandMessmer、Krupiczka、Kaganer及Kunii四种模型比其他模型误差小，随着材料孔隙率的增大材料导热系数减小。关键词：两相颗粒多孔材料；导热系数：热线法；预测模型；对比分析0前言随着科学技术的迅速发展，对颗粒多孔材料有效导热系数的研究越来越受到人们的重视。据统计，工业小有50%以上的产品与屮间产品呈颗粒状⑴，而其中又以固-气两相的颗粒多孔材料为主。颗粒多孔材料性能的优劣主要取决于导热系数的人小⑵，其效导热系数的大小对工业生产的经济性冇很大的影响。因而建立止确的预测颗粒多孔材料导热系数的数学模型，川來准确的预测

3、颗粒多孔材料有效导热系数具有重要意义。许多学者曾捉出各种模型对多孔材料的导热系数进行预测，但其适用范围不尽一致,计算结果也相差甚远)。对于固■气颗粒多孔材料体系，尚未见以实验数据对各模型进行对比分析以及验证其准确度的相关文献。本文利用热线法测定常见典型的四种两相颗粒多孔材料的导热系数，对国内外常用的预测-其导热系数的九种模型进行描述并将模型计算结果与实验结果进行对比分析。1预测模型简介1.1Lichtenecker⑶模型Lichtenecker(下曲简称L)考虑用各组分导热系数的加权几何平均作为经验公式来描述多孔材料的导热系数，给出如(1)式所示的

4、经验公式：ke=k：xk,(1)式中：ke——材料冇效导热系数，W/(m.K)；ks——分散相粒子导热系数，W/(m.K)；kf——连续相基体导热系数，W/(m.K)；€——孔隙率，%o1.2Brown⑷模型Brown结合串并联模型以及分析各相的几何统计参数得到如(2)式所示的混合模型：基金项目：国家口然科学基金项目(No.50776014)E(l-E)(l-2kskf+疋)3【££+(1-£比］1.2Russell⑸模型Russell根据电学类比，假设具有相同尺寸的立方孔隙结构分散在固相材料中，流体相的导热系数考虑了辐射传热的影响，采用串联平行网

5、络得到了其有效导热系数模型：护3_£+亿/©)(1—戶3+£)(3)1.3WoodsideandMessmer⑹模型WoodsideandMessmer（卜而简称Woodside）利用具有导热的电解质饱和粒子的集总电传导过程进行类比分析，得到一个修正的预测多孔介质冇效导热系数电阻模型方程：2匕也kjQ_d)+d.kf(4)式中：c=£—0.03；ci=—c；d=(l—£*)/cio1.4Eucken⑺模型Eucken以Maxwell121关系式为基础，假定材料内的气孔（圆球体或立方体气孔）都是等同的，即气孔的三个轴向尺寸相等，得到的有效导热系数模

6、型为：~l+2E（l-k/kf）/（2k/kf+1）'e[1—弘/“（2屮+1）.1.5Krupiczka⑻模型Krupiczka假定多孔材料是山一束长圆柱体（£=（）.215）排列而成，他用数值法求解了热平衡方程，并将结果推广到球形颗粒网格（£=0.467）,提出了球形颗粒材料冇效导热系数的方程。Krupiczka基于所得到方程的复杂性，考虑孔隙率的影响，通过通用关系式得到了两种模型的近似解：ke=kf.（kJkfY皿曲"（6）式中:A=0.280-0.7571log£；M=-0.057o1.6ZehnerandSchIundert9]模型Zeh

7、nerandSchlunder（卜•面简称Zehner）假设热流在球形颗粒模型内是一维传递的,并且在热流方向上颗粒之间是点接触的，其公式为：ke=心｛1一（1一£）八式中:A=kf/ks；B=l・25・((l_£)/£)"1.2Kaganerno1模型Kaganer对多孔材料孔隙中介质为气体时的冇效导热系数提出下列关系式:k=k(■•‘5.8x(l-£尸、■1/一1/+1eJl1-了Jkf2丿其中r=[-kf/k^1.3Kunii[11]模型假定热流是单向的，包括有导热和辐射的两种热传导方式(Igkj」1-kflksjs/(9)Kunii采用集

8、总参数法,的板式排列模型：1—匚/人2实验装置及实验结果热线法⑵是一种瞬时动态方法，测定原理是假定在散体颗粒介质中存在一个