1.一种基于多孔介质特性颗粒污垢等效导热系数的计算方法,其特征是:基于图片处理技术,考虑颗粒污垢的多孔介质特性,获取颗粒污垢孔隙率,根据理论分析提出一种具有多孔介质特性颗粒污垢的等效导热系数表达式,计算出颗粒污垢等效导热系数,具体包括以下步骤:
1)计算颗粒污垢孔隙率:
孔隙率的计算式为:
式中:ε为孔隙率;S0为污垢孔隙面积,m2;S为污垢面积,m2;
2)理论分析推理出一种具有多孔介质特性颗粒污垢的等效导热系数关联式:颗粒污垢认为是由固体骨架和骨架间的孔隙所组成的一种多孔介质,颗粒污垢的等效导热系数与固体骨架导热系数、孔隙内流体导热系数及孔隙率有关,根据实验所得污垢的显微结构,取单元模型为立方体,中间为气体介质的球形空腔,为简化计算,将球形空腔简化为立方空腔,空腔与四周连通,当热流通过单元体时,在单元体内遇到不同热阻介质时将以不同路径分流而过,参照电路网络中等效电阻的方法,热量通过单元体时以并列三条路径分流而过,每条路径的热阻具体分别表述为:第一条路径热阻为中间气孔沿热流方向的热阻,记作Rf;第二条路径热阻为沿热流方向4条固相介质的热阻,记作Rs;第三条路径热阻为三个部分热阻串联结构,其中,第一部分热阻为垂直于热流方向横杆固相介质的热阻,记作Rs1;第二部分热阻为四侧通气孔沿热流方向的热阻,记作Rf1;第三部分热阻同样为垂直于热流方向横杆固相介质的热阻,记作Rs2,假设单元体内的传热为一维导热,则单元体的有效导热系数表示为:λε=ελf+(1-ε)λe (2)
式中:λε为单元体的有效导热系数,W/(m·K);λf为流体介质的导热系数,W/(m·K);λe为单元体四侧的有效导热系数,W/(m·K);ε为孔隙率;
根据孔隙率计算式(1),将单元体的空腔边长L和固体骨架边长h代入式(1)中得出孔隙率为:式中:L为单元体空腔边长,m;h为固体骨架边长边长,m;
为计算单元体四侧的有效导热系数λe,设单元体上下两面温度差为ΔT,则总热流分为通过4条沿热流方向固相介质传导的热流Q1和通过垂直于热流方向横杆固相介质及四侧通气孔传导的热流Q2两部分,根据Fourier定律得:式中:Q1为通过4条沿热流方向固相介质传导的热流,W;Q2为通过垂直于热流方向横杆固相介质及四侧通气孔传导的热流,W;λs为固相介质的导热系数,W/(m·K);
则单元体四侧有效导热系数λe为:
将式(4)和式(5)代入式(6)中计算得到式(7):
对式(3)进行变换简化得到:
将式(8)代入式(7)得到:
将式(9)代入式(2)得到具有多孔介质特性颗粒污垢的等效导热系数表达式:从式(10)中能够看出,只要能确定颗粒污垢种类、工质种类及污垢孔隙率就能够得到多孔介质颗粒污垢的等效导热系数;
3)将式(1)计算得到的孔隙率ε代入多孔介质颗粒污垢等效导数系数表达式(10)即可计算出颗粒污垢等效导热系数。