多孔泡沫材料强化传热特性及场协同分析

雷鸿¹，张新铭¹，王济平²

1. 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室2. 中电投远达环保工程有限公司重庆科技分公司

摘 要：实际生产生活中使用到的多孔泡沫材料通常都是非均质的,文章建立了多孔泡沫材料均质与非均质模型,结合场协同理论,从速度与温度梯度矢量的协同关系出发,分析了多孔泡沫材料内部单相流体对流强化换热的物理机制,研究了孔隙率、孔密度以及空气流速对流体顺流方向协同性能的影响。研究表明:场协同原理适用于分析多孔泡沫材料的强化传热机制;多孔泡沫材料孔隙中心与骨架后缘处的协同程度最好,骨架侧缘协同程度最差(协同角接近90°);非均质多孔泡沫材料孔壁附近协同程度较差,相同条件下全场平均场协同角比均质泡沫大;多孔泡沫材料越均匀全场协同情况越好,在相同流速、孔隙率和孔密度下,均质泡沫材料全场平均协同角余弦值可达非均质泡沫的1.2倍。计算结果表明,空气流速为3m/s时,孔隙率为0.8、0.85和0.9的多孔泡沫材料强化传热强度分别是普通平直翅片的3.3倍、1.9倍和1.2倍。该研究对新型散热器设计具有指导意义。

关键词：多孔泡沫材料;强化传热;场协同;非均质;对流换热;