基于有限單元法的污垢等效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算.pdf

1、Mandelbrot率先提出并命名了一種探索自然界復(fù)雜形態(tài)的數(shù)學(xué)分支即分形理論，它是一門將不規(guī)則幾何形貌作為主要研究對(duì)象的幾何學(xué)，可以用來(lái)處理非線性系統(tǒng)中粗糙和雜亂的具有自相似性而不具有特征長(zhǎng)度的幾何圖形。分形理論的應(yīng)用領(lǐng)域在近二十年得到了充分的發(fā)展，并先后被眾多的學(xué)科所引入，并從根本上推動(dòng)了各學(xué)科的發(fā)展。克服很多采用傳統(tǒng)方法無(wú)法解決的問(wèn)題，為非線性領(lǐng)域的探索提供了新的方向。
　　本文通過(guò)板式換熱器冷卻水動(dòng)態(tài)污垢模擬系統(tǒng)獲取不同工

2、況下的污垢樣本，并拍攝污垢掃描電鏡圖；基于分形理論在MATLAB數(shù)學(xué)平臺(tái)上編寫分形維數(shù)應(yīng)用程序，對(duì)顆粒污垢的分形維數(shù)進(jìn)行計(jì)算，找出分形維數(shù)和各個(gè)參數(shù)之間的變化規(guī)律。應(yīng)用Image-Pro Plus6.0對(duì)顆粒污垢的孔隙特征參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，進(jìn)而總結(jié)出污垢等效導(dǎo)熱系數(shù)與各個(gè)參數(shù)之間的變化規(guī)律。通過(guò)ANSYS編寫APDL語(yǔ)言建立污垢三維微觀孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)控制模型參數(shù)變化量，以達(dá)到開展污垢的微觀孔隙—宏觀污垢熱阻特性研究的目的。再將所得

3、各項(xiàng)數(shù)據(jù)與利用穩(wěn)態(tài)平板法獲得的污垢熱阻、等效導(dǎo)熱系數(shù)通過(guò) Origin軟件做線性擬合，最終得到污垢熱阻、等效導(dǎo)熱系數(shù)與其他參數(shù)間的線性關(guān)系，從而為減少污垢熱阻、增大導(dǎo)熱系數(shù)提供一定的參考價(jià)值。
　　結(jié)果表明，污垢具有分形特性，并且具有分形特性的兩個(gè)重要特征：自相似性和標(biāo)度不變性；因此表面分形維數(shù)可以用來(lái)定量的表征污垢粗糙表面微觀形貌，并且在相同孔隙率的情況下，污垢三維網(wǎng)絡(luò)模型等效導(dǎo)熱系數(shù)隨孔隙尺寸的增大而增大；在相同孔隙尺寸的情況

4、下，污垢三維網(wǎng)絡(luò)模型等效導(dǎo)熱系數(shù)隨孔隙率的增加而減??；在相同孔隙率的情況下，改變孔隙尺寸對(duì)污垢等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響??；在相同孔隙尺寸情況下，改變孔隙率對(duì)污垢等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響大。
　　污垢是一種復(fù)雜的多孔介質(zhì)，熱量不僅可以通過(guò)固體骨架進(jìn)行傳遞，而且可以通過(guò)內(nèi)部復(fù)雜的孔隙進(jìn)行傳遞。應(yīng)用MATLAB對(duì)污垢微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，提取其特征參數(shù)，采用有限單元法模擬污垢微觀參數(shù)特征，計(jì)算在不同特征參數(shù)下污垢等效導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律，為計(jì)算換熱表面污垢