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1、第21卷第2期石油化工高等学校学报Vol.21No.22008年6月JOURNALOFPETROCHEMICALUNIVERSITIESJun.2008文章编号:1006-396X(2008)02-0080-04多孔泡沫金属换热器内流体的流动和传热分析12李菊香,涂善东(1.南京工业大学能源学院,江苏南京210009;2.华东理工大学,上海200237)摘要:对管间填充多孔泡沫金属的方形管壳式换热器内流体沿管间轴向强制层流的流动和恒热流密度的传热进行了理论研究。结果表明,流体的径向速度分布呈现类似于光管内湍流时近壁处薄层内变化率
2、大,其余大部分区域平坦的特征;流体和泡沫的径向温度分布较为平坦;流体的压力降随泡沫孔数(ppi)增大的增长明显大于对流换热的Nu数随ppi数增大的增长;泡沫的孔隙率越小,流体的压力降越大,对流换热的Nu数也越大。关键词:多孔泡沫金属;管壳式换热器;流动;传热中图分类号:TB383.4;TK124文献标识码:AAnalysisonFlowandHeatTransferofFluidinPorousMetalFoamHeatExchanger12LIJu-xiang,TUShan-dong(1.EnergyofCollege,Nan
3、jingUniversityofTechnology,NanjingJiangsu210009,P.R.China;2.EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai210037,P.R.China)Received27September2007;revised10March2008;accepted20April2008Abstract:Theflowandheattransferundertheconstantheatfluxconditionoffluidpsoutsi
4、dethetubeforcedlaminarflowalongthetubeaxisinaquadratetube-shelltypeheatexchangerfittedwithporousmetalfoaminshellsidewastheoreticallyanalyzed.Itshowsthattheflowvelocitydistributionintheradialdirectionissimilartothesituationoffluidpsinternalturbulentflowinsideablanktub
5、ewiththefeatureofhavinggreatgradientinaverythinlayerneartothewallandmoreflatintherestarea.Thetemperaturedistributionsoffluidandfoamaremoreflat.Theincreasingofthepressuredropofthefluidwiththeppi(poreperinch)numberoftheporousmetalfoamwasfasterthanthatoftheNusseltnumber
6、oftheconvectionheattransfer.ThepressuredropandtheNusseltnumberwereincreasedwiththedecreasingoftheporosityoftheporousmetalfoam.Keywords:Porousmetalfoam;Tube-shellheatexchanger;Flow;HeattransferCorrespondingauthor.Tel.:+86-25-83432802;fax:+86-25-83432802;e-mail:lijuxia
7、ng64@sohu.com对多孔介质内流体的流动和传热传质的研究是当前传热领域最为热门的研究方向之一,至今已发展和[1]形成了多孔介质的流体动力学和传热传质理论。最初研究时的多孔介质大多为人工模拟的多孔骨[2-3][4]架,随着金属制造技术的进步,特别是20世纪90年代多孔泡沫金属的问世,有关多孔泡沫金属中流体的流动和传热传质的研究迅速发展起来。对多孔泡沫金属材料本身物理性质和其中的流体流动和传热传[5-17][12-13]质的研究已有不少报道。LuW和ZhaoCY等认为流体在多孔泡沫金属中的层流服从Brinkman—Exten
8、dedDarcy模型,泡沫和流体间存在服从瞬间局部非热平衡的传热规律,应建立流体和固体间传热的“双方程的非局部热平衡”模型,研究结果认为,填充有多孔泡沫金属的管内强制对流传热比光管强化约40倍。目前,以多孔泡沫金属作为流体通道的换热器的研究均为最简单的单管模型,
