碳纤维类毛细材料在低温下的传热特性研究

• 作 者: 李慧燕
• 机 构: 兰州理工大学
• 出 处: 兰州理工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 碳纤维 毛细材料 传热特性 低温 温度场

多孔介质多相流动的热质传输问题近年来出现在许多科学和工程技术领域中，包括航天航空、石油储油工业、地下水去污工程、热管技术，干燥工艺、颗粒材料处理以及地热储能工业等。本文以碳纤维为研究对象，借助流体力学理论、多孔介质传热传质理论、气液两相流、计算流体力学以及试验研究和数值模拟，对碳纤维类毛细材料在低温下的传热特性进行了分析研究。
首先，本文对多孔介质的内部传递过程进行了分析以及对Darcy定律进行了简单的介绍，并且在前人的基础上，重点对多孔介质中的连续性方程、动量方程和能量方程进行了推导，在此基础上建立了多孔介质中流动的基本方程，并综述了三种多孔介质两相流动的模型：sFM独立流动模型、两相混合物模型和新的三区模型。
其次，进行试验方案的设计，并在此基础上，以液氮为工质在试验件内填充毛细材料进行毛细材料在低温下的传热特性的试验。对试验数据结果详细的比较分析，实验结果表明在填充多孔材料以后夹板表面低温维持时间明显增加，主要原因是由于多孔材料蓄液能力与吸附效应的联合作用改变了传热特性，且材料的密度与其传热特性有着密切的关系。在一定范围内，随着多孔材料密度的增大，其传热特性不断增强。填充多孔材料时所消耗的液氮量要大，主要原因是多余消耗的这部分液氮潜热正好用于补充低温维持时间增加所产生的热损。
然后，利用Fluent软件对试验件内填充毛细材料传热过程的温度场进行模拟分析，得出当孔隙度为0.85时，在同一时刻试验件壁面温度最低。且对比分析模拟结果与试验结果，得出影响试验结果与模拟结果之间误差的主要因素有：实验装置的漏热、测温仪器的误差以及环境的辐射热等。