平行平板间填充球形颗粒的流动特性Ξ.PDFVIP

　 辑第 15 卷第 4 期　　　　　 水 动 力 学 研 究 与 进 展 　　　 . , . 15, . 4 A Ser A V o l N o 　　2000 年 12 月　　　　　　　 　　　　　 . , 2000 JOU RNAL O F H YDROD YNAM ICS D ec 文章编号:(2000) 平行平板间填充球形颗粒的流动特性 程惠尔, 　　张志军, 　　汤宇浩 (上海交通大学工程热物理与能源研究所, 上海 200030) 　　摘　要: 　对平行平板间填充小颗粒后的流动实验结果进行了归纳和分析, 表明流动阻力远 远小于微颗粒填充, 同时在小的颗粒填充层数下, 壁面效应对流动阻力特性有显著的影响, 流动呈 现出与细微颗粒堆积多孔介质不同的流动规律。在实验结果的基础上, 通过定义壁面修正因子考 虑壁面效应的影响, 得到了颗粒堆积多孔介质在小填充层数时流动阻力特性的准则关系式。 关　键　词: 　多孔介质; 颗粒填充; 壁面效应; 阻力特性 中图分类号: 　 357. 3　　　文献标识码: O A 1　引言 [ 1, 2, 3 ] 利用颗粒填充多孔结构强化单相强迫对流传热, 已为诸多的实验和理论研究 证明是 一种独特有效的强化传热途径。目前, 研究者[ 4, 5 ] 大多以电子元件散热, 强激光镜冷却等为潜在 应用背景, 以提高对流换热能力为主要目标, 因此所填充的颗粒直径非常小, 一般为几百至几 十微米, 换热元件主要是适用于特殊场合下的微尺度换热器。 板间填充小颗粒后的结构不具有多孔介质的局部结构自相似的典型特点, 属于颗粒堆积 多孔介质的一种特例情形。在研究区域中不可能取定相对于板间距足够小而又包含足够多颗 粒和孔隙的表征体元, 已有的基于虚拟连续假设和达西定律的多孔介质流动和传热模型的适 用性有待检验, “壁面效应”对颗粒堆积多孔介质流动与传热有显著的影响。这方面文献中可资 借鉴的实验结果和理论分析都非常少, 是多孔介质流动和传热特性研究中相对被忽略的领域, 但在工程实际中有着潜在的应用前景。为此, 我们进行了平行平板间小颗粒填充时小层数下多 [ 6 ] 孔介质的流动与传热特性研究 , 本文主要介绍流动特性的实验结果。 2　实验系统 所建立的实验系统如图 1 所示, 主要由热水箱、循环水泵、控制闸阀、实验段及冷热流体 管路和测量系统组成。 实验段由 3 块平板叠加而成, 每两块平板之间由周边密封垫片隔成冷、热流体通道。冷、 收稿日期: ( ) 作者简介: 　程惠尔 1941～ , 男, 教授, 博导。 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 程惠尔等: 平行平板间填充球形颗粒的流动特性 425 图 1　实验系统的简图 1 实验段　2 密封垫片　3 调节筏　4 水泵　5 热水箱及加热器 热两种流体通过中间板片进行热量交换, 通道的板间距可以通过增减密封垫片来调节。通过两 侧平板上开设的填料孔, 可以做到在不拆开实验段的情况下换装颗粒。在实验件通道的两