Heat Transfer and Thermal System Group

Institute of Engineering Thermo-physics

多孔介质中流动与热质传递

研究背景:

  • 多孔介质中的热传递广泛存在于自然界与众多重要技术领域中,是传热领域的学术前沿和热点
  • 航天航空、先进核反应堆、燃料电池、地下能源资源开采等高新技术的发展,对多孔介质中热传递机理的研究提出新的挑战:极高热流密度加热和强内部热源引起的局部非热平衡效应、多孔介质结构尺度的微纳化以及多孔介质内工作流体的多样性,亟需发展新的理论、模型和方法

研究成果:

1、揭示出影响多孔介质中对流换热的本质是多种因素间的竞争机制,提出颗粒直径对多孔介质对流换热影响判据

图1  微多孔介质中流体-固体内部换热努谢尔特数      

       得到气体在微米孔内换热系数低于宏观尺度经典理论值的物理条件。发现努森数大于0.01时,速度滑移和温度跳跃使气体在微多孔内部对流换热减弱。提出微多孔中流-固对流换热系数计算模型。建立起完整的微多孔介质对流换热局部非热平衡模型

2、建立了多因素耦合影响的多孔介质对流换热局部非热平衡模型和热边界条件模型

图2 多孔介质换热壁面热分流机制和边界条件模型

       系统提出并验证多孔介质换热壁面上的热分流机制:发现对于非烧结多孔介质,换热界面上由固相和流体相传递的热流密度近似相等,而温度相差较大,应采用等热流密度边界条件;对于烧结多孔介质,换热界面上流-固两相局部温度近似相等,而热流密度相差很大,应采用等温边界条件

3、提出调控孔隙率的思想,构建了微板翅强化换热结构、烧结颗粒微多孔换热器和深槽微型换热器

图3 微型换热器体积换热系数与泵功之比

       提出将烧结微细颗粒和深槽结构用于微型换热器的方法:烧结颗粒多孔式微型换热器的单位体积换热性能优于微槽式微换热器,深槽结构比国际上普遍采用的浅槽结构微换热器的综合换热性能增大5倍

研究获奖:

  • 获2014年国家自然科学二等奖、2012年度教育部自然科学奖一等奖
  • 研究成果已应用于大推力火箭发动机发汗冷却面板、高温环境喷油支板发汗冷却热防护、高温部件微板翅冷却、高温气冷堆热分析、CO2地质封存及增强型地热系统的研究与设计
Created: Mar 05, 2018 | 21:04