中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号:093537两相颗粒多孔材料导热系数研究刘晓燕，郑春媛，张雪萍，刘佳佳，黄彩凤（大庆石油学院土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318）（Tel:0459-6503441，E-mail:renenggongcheng@126）摘要：对于固-气两相颗粒多孔材料导热系数的预测，尚未见以实验数据对其各预测模型进行分析以及验证其准确度的相关文献。本文利用热线法测定常见的两相颗粒多孔材料的导热系数，对国内外常用的预测两相颗粒多孔材料导热系数的九种模型进行描述，并将模型预测结果与实验数据进行对比分析。结果表明，WoodsideandMessmer、Krupiczka、Kaganer及Kunii四种模型比其他模型误差小，随着材料孔隙率的增大材料导热系数减小。关键词：两相颗粒多孔材料；导热系数；热线法；预测模型；对比分析0前言随着科学技术的迅速发展，对颗粒多孔材料有效导热系数的研究越来越受到人们的重视。据统计，工业中有50%以上的产品与中间产品呈颗粒状[1]，而其中又以固-气两相的颗粒多孔材料为主。颗粒多孔材料性能的优劣主要取决于导热系数的大小[2]，其效导热系数的大小对工业生产的经济性有很大的影响。因而建立正确的预测颗粒多孔材料导热系数的数学模型，用来准确的预测颗粒多孔材料有效导热系数具有重要意义。许多学者曾提出各种模型对多孔材料的导热系数进行预测，但其适用范围不尽一致,计算结果也相差甚远〕。对于固-气颗粒多孔材料体系,尚未见以实验数据对各模型进行对比分析以及验证其准确度的相关文献。本文利用热线法测定常见典型的四种两相颗粒多孔材料的导热系数，对国内外常用的预测其导热系数的九种模型进行描述[3-11]，并将模型计算结果与实验结果进行对比分析。1预测模型简介1.1Lichtenecker[3]模型Lichtenecker(下面简称L)考虑用各组分导热系数的加权几何平均作为经验公式来描述多孔材料的导热系数，给出如（1）式所示的经验公式：（1）式中：ke——材料有效导热系数，W/(m.K)；ks——分散相粒子导热系数，W/(m.K)；kf——连续相基体导热系数，W/(m.K)；——孔隙率，%。1.2Brown[4]模型Brown结合串并联模型以及分析各相的几何统计参数得到如（2）式所示的混合模型：---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---基金项目：国家自然科学基金项目（No.50776014）（2）1.3Russell[5]模型Russell根据电学类比，假设具有相同尺寸的立方孔隙结构分散在固相材料中，流体相的导热系数考虑了辐射传热的影响，采用串联平行网络得到了其有效导热系数模型：（3）1.4WoodsideandMessmer[6]模型WoodsideandMessmer（下面简称Woodside）利用具有导热的电解质饱和粒子的集总电传导过程进行类比分析，得到一个修正的预测多孔介质有效导热系数电阻模型方程：(4)式中：；；。1.5Eucken[7]模型Eucken以Maxwell[2]关系式为基础，假定材料内的气孔(圆球体或立方体气孔)都是等同的，即气孔的三个轴向尺寸相等，得到的有效导热系数模型为：（5）1.6Krupiczka[8]模型Krupiczka假定多孔材料是由一束长圆柱体（=0.215）排列而成,他用数值法求解了热平衡方程,并将结果推广到球形颗粒网格（=0.467）,提出了球形颗粒材料有效导热系数的方程。Krupiczka基于所得到方程的复杂性，考虑孔隙率的影响，通过通用关系式得到了两种模型的近似解：（6）式中：；。1.7ZehnerandSchlunder[9]模型ZehnerandSchlunder（下面简称Zehner）假设热流在球形颗粒模型内是一维传递的，并且在热流方向上颗粒之间是点接触的，其公式为：（7）---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---式中：；。1.8Kaganer[10]模型Kaganer对多孔材料孔隙中介质为气体时的有效导热系数提出下列关系式：（8）其中。1.9Kunii[11]模型Kunii采用集总参数法，假定热流是单向的，包括有导热和辐射的两种热传导方式的板式排列模型：（9）2实验装置及实验结果热线法[12]是一种瞬时动态方法，测定原理是假定在散体颗粒介质中存在一个理想的无限细且无限长的线形热源(即热线)，测量放人被测物质中热线的温升。其被测试样的导热系数计算式[12]为：（10）式中：k——材料有效导...