幂律流体在多孔介质中的流动与沸腾换热实验研究

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本文主要研究幂律流体在多孔介质内流动与沸腾换热实验特性。多孔介质由一个个直径5mm的黄铜球堆积而成，XY平面顺排、XZ平面叉排、YZ平面叉排，形成5X5X62的颗粒堆积床。幂律流体选取的是AP-180型聚丙烯酰胺。通过多孔介质的选取，搭建通用性幂律流体实验台，可实现20-150℃之间，任意幂律流体或非牛顿流体以及水等常见牛顿流体的流动及换热实验。同时多孔介质的尺寸、材质、堆积方式也可在一定程度内改变。进行实验之前预先对实验所需的一些材料以及幂律流体的基础物理参数进行测定，如导热系数、稠度系数、沸点和流变特性等等。实验工况由溶液种类、溶液浓度、温度、热流密度和流速组成，通过热电偶测量温度、压力表测量压力、高速摄影仪记录实验现象，最后通过得到的数据总结出幂律流体在多孔介质内流动与沸腾换热的相关结论。流动实验主要研究绕流颗粒雷诺数与测试段进出口压力差（简称压降），以及孔隙雷诺数与摩擦阻力系数之间的关系。实验发现，同一工况下，水和聚丙烯酰胺溶液的绕流颗粒雷诺数和压降成正比关系，其中水呈一次函数关系，聚丙烯酰胺溶液呈二次函数关系，且同一绕流颗粒雷诺数下温度越高压降越大，浓度越大压降越大。同一工况下，水和PAM溶液的孔隙雷诺数和摩擦阻力系数呈反比关系，两者均为一次反比函数关系，且同一孔隙雷诺数下温度越高摩擦阻力系数越小，浓度越高摩擦阻力系数越大。沸腾换热实验主要观察了流体在多孔介质测试段发生沸腾换热的实验现象，并通过工况的改变观察流体发生沸腾换热实验时气液界面线的变化趋势，同时计算发生沸腾换热时测试段各个位置上的加热紫铜板与流体之间的沸腾换热系数。实验发现流体发生沸腾换热时，浓度越低、流速越低、热流密度越大，气相体积占据整体体积的百分比越大，能产生更多的气泡，沸腾现象更为明显。沸腾换热系数沿流体流动方向减小，变化曲线类似于一次反比函数。

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作者
罗以涵;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科动力工程
授予学位硕士
导师姓名王平;
年度 2018
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
幂律流体; 多孔介质; 流动; 沸腾换热;

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