基于分形理論的陶瓷隔(蓄)熱多孔材料傳熱特性研究與應(yīng)用.pdf

1、近年來，陶瓷隔熱以及蓄熱材料是在工業(yè)窯爐上應(yīng)用較為廣泛的一種新型節(jié)能材料。它具有廉價(jià)、耐高溫、抗熱沖擊等優(yōu)點(diǎn)。為掌握其熱性能變化規(guī)律，本文提出了一種新的研究方法：根據(jù)耐火纖維材料和陶瓷蓄熱體這兩種隔(蓄)熱多孔材料具有復(fù)雜微空間結(jié)構(gòu)的物理特性，采用分形理論對它們的傳熱特性進(jìn)行研究。 本文根據(jù)耐火纖維材料微空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用分形理論，以分形維數(shù)和纖維體積分率為表征微空間結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，對耐火纖維材料微空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。并用等效熱阻

2、法建立了高溫條件下耐火纖維材料的導(dǎo)熱模型，導(dǎo)出了其有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形計(jì)算式。將耐火纖維材料導(dǎo)熱計(jì)算結(jié)果和一維穩(wěn)態(tài)平板法測定的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，兩者基本一致，最大相對誤差小于15％。這表明了基于分形理論描述的耐火纖維材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算式具有較高的表達(dá)精度。計(jì)算結(jié)果表明：在纖維體積分率一定時(shí)，其有效導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而升高，且是絕對溫度的三次方函數(shù)；在溫度不變時(shí)，其有效導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著纖維體積分率和分形維數(shù)的增加而增加，且增加幅度越來越大

3、。 陶瓷蓄熱體是蓄熱式熱交換器中的關(guān)鍵部件。本文選取陶瓷球蓄熱體作為研究對象，它具有多孔介質(zhì)材料的物理特性，傳熱的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)類似于耐火纖維材料。本文應(yīng)用分形理論對陶瓷球蓄熱體進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)描述，進(jìn)而在耐火纖維材料導(dǎo)熱分形模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出蓄熱體綜合傳熱系數(shù)的分形計(jì)算式。并且利用該式對不同材質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的陶瓷球蓄熱體進(jìn)行傳熱系數(shù)的計(jì)算和比較，得到結(jié)論：正排列方式下的陶瓷球蓄熱體的傳熱系數(shù)要遠(yuǎn)大于三角形排列方式的陶瓷球蓄熱體：而

4、且，陶瓷球直徑越大，蓄熱體的傳熱系數(shù)反而越小。另外結(jié)合蓄熱體的材料特性計(jì)算分析得出了陶瓷球直徑為10mm，材質(zhì)取用Si3N4，正排列方式的陶瓷球蓄熱體，其傳熱系數(shù)最優(yōu)的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，將蓄熱體綜合傳熱系數(shù)的分形計(jì)算式引入蓄熱式換熱器的設(shè)計(jì)中，建立了一套較為簡便和完善的換向型蓄熱式換熱器的設(shè)計(jì)方案。 本文提出了將分形理論應(yīng)用于陶瓷隔(蓄)熱多孔材料的傳熱特性研究的新方法，從而推導(dǎo)出了耐火纖維材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形計(jì)算式以及蓄熱體