3　管外的非热力学平衡

    恒热流密度加热条件下管外单元区域内流体与多孔泡沫金属的无因次过余温度的径向分布如图4,图中横坐标n是以管外壁为起点的径向节点数, 图中的流体为平均温度50℃的空气,多孔泡沫金属 为8 ppi、孔隙率0.95的多孔泡沫铜,空气的平均流速为0.5 m/s。由图4可知,无论是内部管间区域 还是全角点管间区域,除管壁处以外,流体和泡沫之间也存在一个非常明显的温度差,尤其是远离壁面处。

                    

    图5~图8是在传热管管间距S/d=2.5的正方形排列方式时,管外的内部单元管间区域截面上多孔泡沫金属与流体之间的平均无因次过余温差 (θs-θf)的变化情况。其中,图5为无因次过余温差随截面上流体的平均流速的变化,此时流体与多孔 泡沫金属的导热率比kf/ks=0.000 1。由图5可 知,流体的流速越小,温差越大。图6为无因次过余 温差随多孔泡沫金属的孔隙率的变化,此时的流体 流速为1 m/s,流体与多孔泡沫金属的导热率比kf/ ks同图5。由图6可知,孔隙率ε越小,温差越大。图7为无因次过余温差随多孔泡沫金属ppi数的变 化情况,此时的流体与多孔泡沫金属的导热率比kf/ ks同图5。图8为无因次过余温差随流体与多孔泡 沫金属的导热率比kf/ks的变化情况,此时的流体平 均流速为5 m/s。由图7和图8可知,ppi数越小,温差越大;流体与多孔泡沫金属的导热率比越小,温差 越大。由此可知,当流体在低孔隙率、低ppi数的多孔泡沫金属通道内低速流动、且流体与多孔泡沫金属的导热率差异较大时,流体与多孔泡沫金属之间的瞬时局部非热力学平衡必须考虑,不能忽略。

  

    4　结　论

    本文应用Brinkman-extended Darcy流动模型, 对轴流式方形多孔泡沫金属换热器内传热管内、外的流体与多孔泡沫金属之间的瞬时局部非热力学平衡进行了分析,得出了该瞬时局部非热力学平衡程度随流体的流速、多孔泡沫金属的孔隙参数、以及流体与泡沫金属的相对导热率之间的变化关系。流体的流速越小,温差越大;多孔泡沫金属的孔隙率ε越小,温差越大;ppi数越小,温差越大;流体与多孔泡沫金属的导热率比kf/ks越小,温差越大。并可知, 当流体在低孔隙率、低ppi数的多孔泡沫金属通道 内低速流动、且流体与多孔泡沫金属的导热率差异 较大时,流体与多孔泡沫金属之间的瞬时局部非热力学平衡必须考虑,不能忽略。