04级本科毕业设计论文
过程。
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数实行体积平均， 获得假想介质在REV 上的平均参数，进而分析其中的传热和流动
随着科技发展，越来越多的科技被应用于多孔介质的实验研究上，人们利用计算机来完成对多孔介质的对流换热的数值模拟 [13]、阻力分析[14]，根据对实验数据的分析而得到多孔介质各种特性的经验公式[15,16]。X. Fu, R. Viskanta和 J.P. Gore[17]也对多孔陶瓷材料的体积换热系数做了比较细致的研究，并得到了一些结论：
1. 努塞尔数的关系式Nuv?f?L/lc?Rem是一个由材料，PPC和样品厚度组成的函数。 2. 容积传热系数随着样品厚度与孔径之比的减小而增大。
3. 为努塞尔数和雷诺数选择哪些量作为特征孔长度将影响相关系数，而在此范围内
的雷诺数是适用的。
4. 在雷诺数较小的情况下（Redm<50）实验的不确定性较大，并且数据的分散性大
于雷诺数较大时的情况。可以改进测量体积传热系数的实验步骤或采用新方法，以减少实验的不确定性并提高努塞尔数和雷诺数的相关性。
在多孔介质的实际应用过程中。多孔介质所表现出来的综合传热的表观效果通常用等效导热系数来描述[18]。而在内部含有内热源时，多孔介质还有具有局部换热的特性[19]。当多孔介质在空气加热器中充当换热介质时，同时具有辐射和对流换热的特性。
多孔介质的理论研究方法可分为分子水平、微观水平和宏观水平三类， 其中宏观水平的研究方法较为常用。这是由于分子水平的研究对象是流体的分子运动， 所涉及的数学方程多且难于求解 ； 微观水平的研究方法将多孔介质中的固体骨架及其孔隙中的流体视为流体连续介质， 研究对象是流体质点或微元体， 但要把其中固体骨架边界微细结构处的传热和流动情况作为边界条件， 而对此的定量描述既困难又不准确的。宏观水平的研究方法也持连续介质的观点，取包含研究点在内的一个很小区域(远小于整个流体区域， 但比单个孔隙空间大得多)为控制体(称作表征体元REV )， 在REV 上对流体参数和固体参数实行体积平均， 获得假想介质在REV 上的平均参数，进而分析其中的传热和流动过程
陈永平和施明恒用分形理论研究了多孔介质的有效导热系数和渗透率 ； 徐世英等人对多孔介质中热对流二次分岔进行了数值分析， 得到了长宽比为 1～ 2 矩形区域内多孔介质中热对流二次分岔点的Ra 数及相应的流场和温度场 ；孔祥言和余敏用高阶差分法研究了在不同Ra 数下多孔介质中自然对流随时间进展的演化情况， 发
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现了混沌窗口和振发性现象。
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我们做的试验虽然是干空气的，但是前人已经对高强加热条件下含湿多孔介质传热传质也进行了研究.我校杨历等老师也做了关于多孔介质干燥过程传热传质研究的研究， 结果表明，表面对流换热系数、干燥介质温度和湿度的变化对热、湿迁移过程均有较大影响，而表面对流传质系数对湿迁移过程影响不大，温度和湿度梯度的耦合产生\局部增湿\现象。
1．5 本课题研究任务
1.5.1 需要研究的问题： 1. 2.
选取空气加热器的各项参数，并加以制造。
通过对空气加热器的测试，由实验数据推出空气升温速率与空气流速、泡沫
陶瓷孔径、电加热功率之间的关系。 1.5.2 本设计的内容及方法：
查阅多孔泡沫陶瓷材料的相关文献，把握课题背景，了解填充内插物强化换热技术的相关研究动态；设计一个试验台，用于进行空气加热器的性能试验研究，试验台要求测量空气的进出口温度及流量；设计换热段结构并组织若干换热试验，得到流速、温度、压差等一系列试验数据。分析得到换热效率与流速、加热器功率、孔隙结构等的关系。
2 试验台的搭建
2．1 加热器的设计
1.加热器中加热段的设计简图：
气体入口 电加热丝 多孔介质 气体出口
保温层 04级本科毕业设计论文
图2.1 加热器加热段设计简图
2.试验流程图：
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空气压缩机 冷却装置 除水装置 除油装置 减压器 干燥装置 质量流量控制器 实验段 电流表、电压表 大气
调压器
图2.2 试验流程简图
3.加热器具体设计图：
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说明：1.焊缝要求密封；比例1：1数量材料重量85258525空气加热器空气出口加热段电路出口稳流段名称序号钢管钢管钢管钢管材料111数量壁厚4mm壁厚4mm壁厚4mm壁厚4mm备注设计绘图审阅王恩宇刘园杰河北工业大学热能工程系图2.3 加热器设计图
空气经过空压机的压缩产生了细小的水滴并携带有油滴，要除去这些水和油，需要先经过一个冷却装置，而后经过除水装置和除油装置。并通过减压器控制空气出口的压力，保证压力在0.25-0.3MP之间以达到质量流量计的要求。再使空气经过干燥装置进一步除掉水。流过控制器后达到要求的流量。而后进入试验段，空气进入加热器加热，其功率的控制用调压器来控制，并且测量从冷态开始直至达到稳定这一时间段内进出口温度和压力的变化情况。
2．2 试验设备的选型及要求
表2.1 试验仪器
名称 空气压缩机 冷却装置 除水装置 除油装置 减压器 干燥剂容器 质量流量控制器 数量 1 1 1 1 1 1 1 型号 10MP 1MP 1MP 1MP 0-1MP 0.3MP 备注 设备有些喷油 电控制自动调压 电控制自动调压 电控制自动调压 防震 玻璃钢，法兰连接 必须保证空气干燥，压降损失较大，控制精确 04级本科毕业设计论文
空气加热器筒体 电加热丝 陶瓷支架 热电偶 U型管 电流表 电压表 调压器 保温材料 交流接触器 玻璃棉 泡沫陶瓷 密封硅胶 气动管 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 220V K 15A 300V 0～220V 220V 10A PPC=10 0．8MP 较重 第 15 页 共 34 页
功率W=2500J/S 需耐高温 测温范围为0——1023℃ 范围为0——5000Pa 测量范围0—15A 测量范围0—300V 材料为硅酸铝 2．3 试验台的搭建
由于连接管采用的是气动管所以采用气动接头如两通三通等拔插较方便。其电路连接情况如图：