基于多孔介质规则排列幂律流体的流动和换热实验研究

摘要

本文通过变换多孔介质中小球排列方式建立了四种不同的多孔介质模型:两种叉形排列、完全面中心和立方体中心排列。实验中，改变流体的温度和浓度、进口的流速，通过记录进出的压力和温度，加热板和内部小球的温度，分别探究了水和聚丙烯酰胺水溶液（PAM溶液）在流入不同的模型时压降和摩擦阻力系数与对应雷诺数之间的关系，局部努赛尔数与雷诺数的关系以及温度、浓度和恒定热流密度等对PAM溶液的换热影响。实验结果看出：水和PAM水溶液通过多孔介质时，在浓度一定下，多孔介质实验段的压降随绕流颗粒雷诺数的变大而增大，当绕流颗粒雷诺数较小，流体流动处于Dracy流状态，这时粘性力的作用力大；而雷诺数增大，惯性力的作用力大。当溶液温度变大时，水和PAM水溶液的压降明显的减小，温度升高，在流体速度较大时，多孔介质的压降变小。在同一浓度下，水和PAM水溶液的摩擦阻力系数随孔隙雷诺数的变大而减小，当流体的流速比较小，阻力较大，继续增大流体速度，摩擦阻力系数变化很缓慢。水和PAM溶液在相同的工况下，随着绕流雷诺数的变大，局部努赛尔数也在逐渐增大。加热板的热流密度越高，PAM水溶液的局部努赛数越高。随着PAM溶液流经多孔介质的流速不断变大，平均换热系数也在不断的变大。在同一流速下，随着聚丙烯酰胺水溶液浓度的变大，四种模型的表面换热系数都有所降低。随着聚丙烯酰胺水溶液速度的增大，加热板下壁面的温度逐渐的变小。当ReD＜30时，模型三和模型四的局部努赛尔数大于模型一和模型二，当Re＞60时，模型三和模型四的局部努赛尔数明显小于模型一和模型二。

目录

声明

1绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2多孔介质的分类与常用的几个物理量

1.3多孔介质孔隙模型的建立

1.4课题的国内外研究现状

1.5聚丙烯酰胺水溶液的流变特性

1.6本课题研究的主要内容

2 多孔介质实验方案的设计

2.1多孔介质模型的介绍

2.2多孔介质实验台的设计与流程

2.3实验的装置介绍

2.4实验的步骤

2.5实验的误差分析

2.6本章小结

3 水和PAM在多孔介质中流动实验分析

3.1 不同温度下雷诺数与压降和摩擦阻力系数的关系

3.2 不同浓度下雷诺数与压降和摩擦阻力系数的关系

3.3 不同模型下压降与摩擦阻力系数和雷诺数的关系

3.4不同模型的迂曲度

3.5 本章小结

4水和PAM水溶液在多孔介质中的换热实验分析

4.1 实验数据的处理及所用的公式

4.2水在多孔介质中的换热实验结果分析

4.3 PAM水溶液在多孔介质中的换热实验结果分析

4.4综合换热分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢