颗粒热导系数测定仪温控系统设计(2)

热的传递方式主要有热传导、对流传热与热辐射。当系统温度不是很高时,热辐射可以忽略[6]。学者们半个世纪以来不断提出新的假设,构建模型,研发设


热的传递方式主要有热传导、对流传热与热辐射。当系统温度不是很高时,热辐射可以忽略[6]。学者们半个世纪以来不断提出新的假设,构建模型,研发设备,为现代颗粒传热的研究奠定了基础。

现有一种对于封闭圆柱体上热传导的研究实验的基于离散单元法的计算模型,不仅揭示了颗粒热传导中的基本问题,也为现有理论提供了一个宝贵的试验平台。通过对大量材料中各种情况的单个粒子进行建模,获得粒子水平的动态温度分布与实验比较表明,该模型生成一个定量准确的不需要可调参数或详细的微观结构信息的温度场。这个简单的系统还可以观察反应热点构成和大量活性材料自燃的现象。

近年来把对颗粒材料的离散建模当作一种工具来探索经常变化的粒子流的实验的方法正广泛受人们的欢迎。离散仿真的主要方法是Cundall 和Strack [7]1979年的开创性实验后成型的离散单元法(DEM)。最近,研究者已经把这个模型拓展到了有关流体阻力的影响[8]、复杂的范德华力[9]、间质流体的影响[10]和烧结的固体桥的组成[11]的研究。

1997年Hunt把气固传导拓展到了坚硬颗粒质点动力学模型中[12],1995年Zhuang等人把准静态电导模型归入其中[13]。

   Batchelor 和O’Brien[14] 1977年提出对于当固体材料的热导率与颗粒接触半径的乘积远大于孔隙介质流体热导率与颗粒的曲率半径的乘积时,可以只考虑固体热传导与两个粒子间接触面热传导这两个方面的问题来简化颗粒间热传输模型。

   Watson L.Vargas和J. J. McCarthy[15]提出了微观颗粒间的应力链也对颗粒热传递有很大影响。

   Sun等 [16] 对接触的热传递进行简化,忽略热阻,分析了流化床中颗粒碰撞的传热。

   Zhou等 [17] 利用 Sun 的模型对流化床中的煤粉燃烧过程进行了模拟。

   Yasunobu 等[18]利用离散颗粒学的方法对流化床中的传热问题进行了研究,他们忽略颗粒间的传热,得到的颗粒温度要比实际情况高。

   Watson 等[19]针对固定床中颗粒间的传热过程提出了TPD (thermal particle dynamics) 模型,但是他假定颗粒间空隙中的流体相是静止的,忽略了气相的传热。

   中国也对颗粒传热性能的探究有了一定的发展。

   宏观上比如张来林等人用热线法测定了小麦、稻谷的导热系数[20],发现其系数与物料的水分和温度呈正相关,不同粮食的导热系数也不是相同的,但不同品种的小麦的导热系数数值变化范围不大。

微观上刘安源等 [21] 将颗粒碰撞传热模型与DEM(Discrete Element Method) 方法相结合。证明了这是研究流化床内部传热过程规律的一种有效手段,并在碰撞传热机理分析的基础上建立了一个新的基于Euler-Lagragian 方法的颗粒碰撞传热理论模型,综合考虑了固体颗粒内部导热热阻及颗粒间接触热阻对颗粒碰撞传热的影响[22]。

浙江大学武锦涛等人考虑颗粒接触传热的多个过程,针对聚烯烃工艺中的脱附装置,提出了颗粒接触传热模型 ( particle contact heat transfer model,PCHM) 对移动床中颗粒与加热壁面间的传热进行数值模拟。

   北京科技大学黄从亮等人使用了Callaway热导率模型对SiO2纳米颗粒的热导率进行了近似计算[23],

   其他研究发现了各种颗粒传热的性质,比如在低孔隙率和颗粒不参与辐射的条件下,由于接触热阻的影响,存在最佳孔隙率(或密度)使得堆积热导率存在最大值。纳米颗粒热导率虽随着颗粒直径增大而增大,并且随着温度升高而增大。在较低的孔隙率和颗粒为非辐射参与性物质条件下,堆积孔隙内辐射对颗粒堆积有效热导率的影响不大,接触热阻随着孔隙率减小而增大。