多孔介质材料在低温下的传热特性实验研究
基于多孔介质的热传导特性研究及数值模拟
基于多孔介质的热传导特性研究及数值模拟热传导是热力学中重要的基础问题，其研究涉及工程、物理、化学、材料、地质等领域，其中基于多孔介质的热传导特性研究具有重要的理论和实际意义。
多孔介质主要是指由孔隙分隔的热传导介质，其热传导特性受控于介质孔隙结构，对于理论研究和工程应用均存在重要意义。
首先，对多孔介质的热传导特性进行分析应该从介质内部结构入手，多孔介质内部的孔隙随机分布对于热传导的影响非常重要，对于多孔介质的热传导特性进行描述需要从微观角度入手，就是对于孔隙尺度和样品的物理尺寸的比例进行描述。
其次，热传导定律是热传导特性研究中的重要概念，它可以用来解释热传导的基本原理及其数学模型，当介质中存在多个孔隙时，其间的电磁场互相作用，以及孔隙的导热性质也会对于热传导定律产生一定的影响，这也是多孔介质热传导研究中必须考虑的问题。
同时，将热传导定律应用于不同的多孔介质，可以验证不同孔隙分布方式和孔隙形状对热传导性能的影响。
第三，多孔介质的热传导特性研究需要利用一些复杂的数学模型进行计算和研究，一种比较常见的方法是利用数值模拟，例如有限元法等计算方法可以被广泛应用于多孔介质的热传导特性分析中。
在数值模拟中，需要建模多孔介质的三维空间结构，并利用合适的物理参数和数值方法进行模拟运算。
第四，多孔介质的热传导特性研究对于工程实践有直接的指导意义，比如对于地热开发和储罐热损失等方面有着重要的应用。
在地热开发中，由于孔隙介质的存在，地下温度的分布状态存在很大不均质性，而多孔介质的热传导特性分析可以为地热开发提供指导，例如采用热泵技术等降低地下温度的变化幅度。
此外，在石油、化工等领域的热处理过程中，对于多孔介质的热传导特性的分析也可以为生产工艺提供重要支持。
总之，基于多孔介质的热传导特性研究是一个多学科交叉融合的课题，它涵盖了物理、化学、电磁学、工程等多个领域，有着极为重要的理论和实际意义。
建立适当的数学模型和分析方法，对于多孔介质热传导特性的研究和应用具有重要的意义。
多孔泡沫介质有效导热系数的研究
多孔泡沫介质有效导热系数的研究
空气中的多孔泡沫介质，能够有效的导热，是电弧焊、热处理在实际应用中的重要的热媒介。
为了研究多孔泡沫介质的导热性能，本实验采用热学分析方法，根据对比实验和理论分析，对其导热系数进行了完整测试。
实验样品选取了不同形状、不同材料和颗粒度孔泡沫介质。
空间结构由正三角形、四边形、柱状、板状等组成，无极性颗粒由可膨胀黏土组成。
实验中，窗口区域的辐射换热和导热作用做为热输运的主要途径，在实验对比测试中，采取系统的温度记录的方法进行测试。
实验采用多种方式来确定多孔泡沫介质的导热系数：根据测试数据，采用有限元分析方法，使用数值模拟法等方法估算多孔泡沫介质的导热系数。
经过实测，多孔泡沫介质的导热系数受颗粒度的影响最大，反映出颗粒度这一空气中的影响因素的影响最大。
实验结果表明，多孔泡沫介质的导热性能越大，其导热系数越大，在实际应用中效果越好。
该实验为空气中多孔泡沫介质的热媒介的应用，提供了可靠的实验依据，为未来的多孔泡沫介质热媒介应用提供了充足的参考依据。
综上所述，通过对多孔泡沫介质导热性能的测试发现，多孔泡沫介质有效的导热系数受颗粒度影响最大，可以作为电弧焊、热处理实际操作中有效使用的热媒介，可以有效提高相关操作的安全性和效率性。
地下蓄能体多孔介质传热及其热湿迁移分析
h m v m, j ( 18a)
j
m
或
Fh, i = - k T + u j h i +
h t, m v m, j ( 18b)
i
m
式中, h 、h i 分别表示静态焓或者热焓的波动量。
由于假设质量扩散符合菲克定律, 因此在层
流时可以表述为
Fm, j = w mv m, j
第4期
李 明等: 地下蓄能体多孔介质传热及其热湿迁移分析
Cf
r
2 b
Tf r
=
r = rb
2 rb
T r
- Cf qV
r= rb
Tf z
( 6)
式中: T f 、T 0 分别为流体和岩土中的温度, Cf 为流
体的体积热容量, qV 为流体的体积流量, z 为沿流
动通道的坐标。式( 6) 左侧表示能量增加量, 右侧
第一项表示从岩土到管道的传热量, 第二项表示
给定表面温度, 给定热流密度, 给定换热系数。
在实际工程中随着深度变化一般地下岩土的
物性会发生变化, 在不同深度阶段的岩土或者地 下岩土可看作是具有相同热物性的, 即群井域内 地下岩土由不同材料特性的几个子域构成时, 在
这些子域之间也存在边界条件, 因而在存在不同 特性地下岩土时必须考虑这些边界条件。
311
vm =
-
1 xm
D
m
xm -
D
T m
wm
lnT =
- Dm( xm
xm + K T, m
lnT )
( 19)
式中: x m
为摩尔分量, D m
为分
子扩
散率
,
可燃多孔介质堆积状态下热特性的模拟研究
可燃多孔介质堆积状态下热特性的模拟研究×粘素环，郝英立，许忠林，施明恒东南大学能源与环境学院，南京（210096）E-mail：mhshi@摘要：对堆积条件下可燃多孔介质（弹药）的热特性进行了数值模拟，通过比较几种不同情况下箱装弹药所处的温度场、速度场，得出了箱子的排放状况、窗口的位置、入流的温度对箱装弹药安全性的影响。
通过计算发现：来流温度越低，库房内温度最大值越低，箱装弹药越安全；在入风窗口高度一定时，箱子的堆放高度存在一个最大值，此最大值与窗口位置相关联；相对于出风窗口，入风窗口对流场的影响较大。
本文为堆垛条件下箱装弹药的安全贮存提供了依据。
关键词：可燃多孔介质，堆积，环境状况，数值模拟0 引言在弹药各部件中，发射药最易受环境影响分解放热而发生自燃或自爆，它在一定条件下的不安全性决定了弹药发生自燃自爆的危险性。
因此发射药的安全贮存十分令人关注。
目前，国内外对发射药的热自燃条件进行了一些研究。
由于发射药的热自燃取决于发射药放热与弹药系统散热是否平衡，所以堆积情况和环境因素对堆积弹药的热自燃过程影响很大。
姜培学等[1] [2]通过在实验室进行的小模型试验及在野外进行的大模型试验的结果比较，确定了发射药热自燃的反应模型并对环境因素或边界条件对发射药热自燃现象的影响进行了数值模拟；刘礼斌等[3]研究了温度对发射药热自燃，分解放热速率以及分解反应热的影响；姜培学等[4]对具有多个离散内热源的非稳态导热与自然对流换热的耦合传热进行了数值模拟；路桂娥等[5]进行了发射药的热自燃实验；Colakovic[6]对枪炮弹药的自燃进行了可能性评估；JIANG [7]调查了促进自燃的可能性危险。
但贮存过程中的环境状况对弹药的安全贮存的影响尚未深入研究，本文用数值模拟方法系统地研究了环境状况对堆积条件下的可燃多孔介质热特性的影响，为箱装弹药的安全贮存提供了理论依据。
1 数理模型本文研究的物理模型及坐标系如图1所示。
多孔介质结构对储层内流动和换热特性的影响
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 8 期多孔介质结构对储层内流动和换热特性的影响汪健生1，张辉鹏1，2，刘雪玲1，2，傅煜郭1，2，朱剑啸1，2（1 中低温热能高效利用教育部重点实验室，天津大学，天津 300350；2 天津大学机械工程学院地热研究培训中心，天津 300350）摘要：针对含水层储能对选址的要求高且存在地下水污染的问题，提出了构建人工填充储层进行储能，并对储层内的局部流动和换热特性进行了研究。
采用共轭传热模型分别对填充非均匀颗粒、十二面体梯度开孔和二十面体梯度开孔结构3种多孔介质孔隙内的流动和换热进行了直接数值模拟，对比分析了多孔介质结构对流动和换热特性的影响。
研究发现，通过选择合适的填充介质，储层内的综合换热性能能够得到改善，3种多孔介质中十二面体梯度开孔多孔介质的总换热效率（η）最高；非均匀颗粒多孔介质的平均努塞尔数（Nu sf ）最大，但同时单位压降（∆p /∆x ）与摩擦系数（f ）也最大；十二面体梯度开孔多孔介质和二十面体梯度开孔多孔介质的Nu sf 随雷诺数（Re ）的变化存在交叉，在Re 较小时二十面体梯度开孔结构的Nu sf 较大，Re 较大时十二面体梯度开孔结构的Nu sf 较大。
关键词：含水层储能；人工储层；对流换热；多孔介质传热中图分类号：TK52 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）08-4212-09Analysis of flow and heat transfer characteristics in porousmedia reservoirWANG Jiansheng 1，ZHANG Huipeng 1，2，LIU Xueling 1，2，FU Yuguo 1，2，ZHU Jianxiao 1，2(1 Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy, Tianjin University, Tianjin 300350, China;2Geothermal Research & Training Center, School of Mechanical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China)Abstract: Focusing on the problem of high requirements for site selection and groundwater pollution in aquifer energy storage, the construction of artificially filled underground reservoir for energy storage was proposed, and the local flow and heat transfer characteristics in underground reservoir were studied. The conjugate heat transfer model was used to simulate the flow and heat transfer in three kinds of porous media filled with non-uniform particle structure, dodecahedral gradient opening structure and icosahedral gradient opening structure, respectively. The effect of porous media structure on flow and heat transfer characteristics were compared and analyzed. The results indicated that comprehensive heat transfer performance in underground reservoir can be improved by selecting the appropriate filling structure. Among three kinds of porous media, the comprehensive heat transfer efficiency of dodecahedral gradient porous media was the highest. The average Nusselt number of porous media filled with non-uniform particle structure was the largest, but at the same time, the unit pressure drop and friction coefficient were also the largest. With the change of Reynolds number, the Nusselt number of dodecahedral gradient研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1833收稿日期：2022-09-30；修改稿日期：2022-12-02。
氮气在泡沫铜内的流动传热特性模拟研究
氮气在泡沫铜内的流动传热特性模拟研究陈曦;凌飞【摘要】为探究氮气在多孔介质泡沫铜内的流动传热特性,应用FLUENT软件对低温制冷机冷头换热器中填充的泡沫铜进行数值模拟分析.研究了孔隙率、孔密度以及入口流速对流动、传热的影响规律,模拟结果表明,孔隙率较大、孔密度较小时,渗流性能较好,流体速度衰减较慢;随着孔隙率减小,流体压力损失增大,换热效果提高,但提高的趋势渐缓,因而可能存在压损与温降比值最小的最优孔隙率;孔密度增大,由无滑移壁面引起的压力损失增大,换热性能变差.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】5页(P237-241)【关键词】氮气;泡沫铜;传热;数值模拟;孔隙率【作者】陈曦;凌飞【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TB61+10 引言多孔介质是由固体骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小孔隙所构成的一种复合介质。
由于其结构的特殊性，多孔介质在材料、环境科学、能源与动力等学科领域有着广泛的研究和应用。
金属泡沫是一种由金属固体骨架和泡沫气孔构成的不均匀的兼具功能和结构双重属性的典型多孔介质，具有优良的力学、热物理、电学和声学等特性[1]，在结构轻量化、能量吸收以及强化换热等方面均具有巨大的应用潜力[2]。
金属泡沫优良的换热性能使其具有承受高密度热流的能力，在电子元器件热管理、紧凑型换热器等领域中有着广泛的应用[3]。
对多孔介质理论的研究需要多学科相融合，是一项具有很高科研应用价值的基础性研究[4-5]。
多孔介质内部流动和传热过程十分复杂，理论分析难描述，试验测试相对可靠准确，但是由于金属泡沫的制作成本高，时间周期长，花费较大，因此试验研究也具有一定的局限性。
近年来相关科学技术与理论的发展，如核磁共振、CT扫描成像以及格子-Boltzmann方法（LBM），格子气模型的建立等，使渗流力学的发展进入一个全新的阶段，尤其是高性能计算机的出现，为金属泡沫流动换热的数值模拟研究带来很大的方便。
基于多孔介质的热传导研究
基于多孔介质的热传导研究热传导是物质中热能传递的一种方式，热能会从高温区向低温区传递。
多孔介质是一种结构复杂的材料，具有许多小孔和空隙，因此在热传导领域中具有独特的重要性。
本文将探讨基于多孔介质的热传导研究，旨在深入探究热传导原理，了解多孔介质对热传导的影响以及研究进展。
一、热传导原理热传导是一种能量的传递方式，通过物质内部的热运动传递热量。
热传导系数中，其中的导热系数是一个重要的参数，导热系数表示单位时间内单位面积上的热量流动量。
热传导的方向是沿着温度梯度的方向，即从高温区到低温区。
在单相固体中，热量传递的过程是通过固体内部原子、分子或电子的碰撞来实现的。
二、多孔介质对热传导的影响多孔介质是由实质与空隙构成的一种复杂结构，空隙包括毛细孔、大孔、狭窄通道等。
这些空隙对热传导的影响是不容小觑的。
具体来说，空隙会影响介质的热容量、热导率和热扩散系数等热学参数。
同时，由于空隙的存在，热传导的路径也变得更加复杂，热传导的速度降低。
因此，对于多孔介质的热传导研究具有特别的意义。
三、多孔介质的热传导研究进展多孔介质的热传导研究对于节能减排、热工学、材料科学等领域都有重要的应用价值。
近年来，多孔介质热传导的研究进展迅猛，包括多孔介质热导率的理论与实验研究、基于多孔介质热传导的能量转换和传输研究、以及多孔介质热传导改良的方法等。
具体来说，多孔介质热导率的理论与实验研究已有不少进展。
研究人员使用连续介质力学、微观颗粒动力学、分子动力学等多种方法探究多孔介质的热传导特性。
此外，还有一些基于多孔介质的热传导现象的应用研究，如太阳能电池、传热器等相关领域。
多孔介质热传导改良的方法也受到研究人员关注。
由于多孔介质的热传导规律较为复杂，发展一些新型的改进方法可能是提高多孔介质效率的重要途径之一。
例如，研究发现在多孔介质中引入纳米粒子可显著提高热传导率，或是使用涂层等方法对多孔介质进行表面处理也能够改善其热传导性能。
四、多孔介质的应用前景多孔介质的应用前景十分广阔，特别是在新能源、节能降耗和工业领域等方面有着广泛的应用，具有重要的发展前景。
烧结多孔平板发散冷却的实验研究
高等学校工程热物理第十六届全国学术会议论文集 编号：B-100064 烧结多孔平板发散冷却的实验研究1刘元清 王扬平 姜培学热科学与动力工程教育部重点实验室 清华大学热能工程系 北京 100084 联系电话：（010）62772661 E-mail：jiangpx@摘要：通过对40微米及90微米不锈钢和青铜烧结多孔平板发散冷却的实验研究，分析了多孔介质材料、颗粒直径以及注入率的影响，研究结果表明：发散冷却冷却效率随注入率的增大而增大，但增长趋势随注入率的增大而趋于平缓；青铜多孔介质由于具有较好的热导率，因此温度分布较不锈钢多孔介质更加均匀；随颗粒直径的减小，及孔隙率减小，冷却流体流过多孔板的压降急剧增大，而冷却效率则有较为明显的提高。
关键词：发散冷却；烧结多孔平板；实验研究1 引言关于发汗冷却的研究起始于1904年，近百年来，随着航空航天技术的不断进步，对高温工作部件所使用的材料和性能要求越来越高。
如火箭发动机燃烧室压力最高可达20MPa，燃气温度可达3000~4500K。
在喉部附近，热流密度高达10~160 MW/m2，传统的再生冷却的最大冷却能力约为140 MW/m2[1]已经不能满足新一代火箭推力室的冷却要求，必须采取有效的冷却措施保护壁面不被烧毁[2]。
与传统的对流冷却、冲击冷却及膜冷却相比，发散冷却具有更高的冷却效率。
相同注入率下，发散冷却的壁面温度比再生冷却的壁面温度低35%[3]，而比冲和推力系数的损失很小（小于0.6%）[4]；在壁温相同的情况下，发汗冷却推力室承受的燃气温度可比膜冷却方式提高约1000℃。
已有的关于发散冷却的基础实验研究中，通常将形状复杂的研究对象简化为平板结构，一方面简化了研究难度，另一方面可以排除几何结构的因素从而有利于更深入的研究发散冷却流动和传热机理问题。
本章搭建了低速风洞实验台，对颗粒直径分别为40微米及90微米不锈钢和青铜烧结多孔介质平板的发散冷却特性及传热传质机理进行了实验研究和数值模拟。
多孔材料的结构与传热性能研究
多孔材料的结构与传热性能研究导语：多孔材料在工业制造、能源利用等领域有着广泛的应用。
多孔材料的结构对其传热性能有着重要影响，本文探讨了多孔材料的结构与传热性能之间的关系，并介绍了相关研究进展。
一、多孔材料的定义与分类多孔材料是指内部具有孔隙结构的材料，其孔隙可以是连通，也可以是局部孤立的。
常见的多孔材料有泡沫金属、海绵材料、沸石等。
根据孔隙的尺寸，可将多孔材料分为微孔材料和介孔材料。
二、多孔材料结构的表征多孔材料结构的表征方法主要有孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙形状等参数。
孔隙率是指多孔材料中孔隙占据的体积与总体积之比。
孔隙尺寸分布描述了多孔材料中孔隙尺寸的分布情况，一般通过孔隙度曲线进行表征。
孔隙形状对多孔材料的传热性能也有一定影响，常见的孔隙形状有球形、柱状等。
三、多孔材料的传热机理多孔材料的传热机理主要包括导热、对流和辐射传热。
导热是指热量通过材料内部的传递，它受多孔结构的影响较大。
对流传热是指通过多孔材料表面的流体传递热量，多孔结构会改变流体的流动性质，从而影响传热效果。
辐射传热是指热量通过辐射传递，多孔结构会影响材料的吸收、发射和散射特性。
四、多孔材料结构与传热性能研究进展1. 多孔材料结构的优化设计研究者通过改变多孔材料的孔隙尺寸、孔隙分布等参数，以优化多孔材料的传热性能。
例如，可以通过控制孔隙尺寸分布，来改变多孔材料的导热性能。
另外，研究者还通过增加多孔材料的表面积，提高热量的辐射传递效率。
2. 多孔材料的热物性研究多孔材料的热物性对其传热性能有着重要影响。
研究者通过实验测定多孔材料的热导率、热容等参数，以深入了解多孔材料在传热过程中的热特性。
3. 多孔材料的传热模型研究为了更好地预测多孔材料的传热性能，研究者建立了多种传热模型。
这些模型通过考虑多孔材料的结构特征，描述了传热过程中的各个因素对传热性能的影响，从而提高了传热模型的准确性。
五、多孔材料的应用前景与挑战多孔材料具有较高的比表面积和孔隙度，使其在能源储存、催化剂载体、隔声防护等领域有着广泛的应用。
多孔介质热质传递国外研究进展
多孔介质热质传递国外研究进展宋明启;王志国【摘要】给出了多孔介质热质传递研究的基本参数:孔隙率、比面、迂曲度、渗透率、毛细压力.从起始阶段、上升阶段、突破阶段、创新阶段4个典型阶段详细介绍了国外多孔介质热质传递研究的理论成果.初步探析了RMV和REV在多孔介质热质传递未来研究中的应用.为同行业研究者开展此类课题提供了有价值的文献借鉴和理论铺垫.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2015(037)007【总页数】3页(P1-2,11)【关键词】多孔介质;热质传递;进展【作者】宋明启;王志国【作者单位】东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;大连理工大学能源与动力工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TQ021.3多孔介质是由多孔固体骨架构成，孔隙空间中充满单相介质或多相介质。
目前，多孔介质热质传递学已经拓展到很多技术领域和学科前沿，包括:能源材料、环境工程、化学科学、仿生学科、生物医药、农业水利等，逐渐已经成为边缘科学和交叉学科的一个潜在出发点。
在研究多孔介质热质传递过程中，经常涉及一些主要的基本结构参数和基本性能参数。
孔隙率，是指多孔介质内微小孔隙的总体积与多孔介质外表体积的比值。
根据研究的需要，又定义了:有效孔隙率、绝对孔隙率。
比面，是指多孔介质固体骨架总表面积与多孔介质总容积的比值。
迂曲度，是指多孔介质弯曲通道真实长度与连接弯曲通道两端的直线长度的比值的平方。
有的学者也认为迂曲度，是指多孔介质弯曲通道真实长度与连接弯曲通道两端的直线长度的比值倒数的平方，目前学术界没有统一定论。
渗透率，是指在一定流动驱动力推动下，流体通过多孔介质的难易程度。
渗透率又分为:绝对渗透率、相渗透率、相对渗透率。
毛细压力，是指两种互不相溶的流体接触时，它们各自的内部压力在接触面上存在着不连续性，两压力之差［1］。
(1) 起始阶段。
多孔保温材料受压形变后导热特性研究
摘要多孔保温材料最重要的参数是导热系数，导热系数的高低直接决定了保温材料的性能。
众多学者已经对多孔保温材料导热模型开展了研究。
导热模型主要分为两类：1.由串并联导热模型改进而来的Hasselman模型等；2.由分形理论得到的分形导热模型。
保温材料在服役期间会受到外力的作用而发生形变，这会使得保温层的保温性能发生变化。
保温层在服役期间的形变包括保温层初始服役时的压缩形变和后续服役中发生的蠕变形变。
经历形变后，保温层的厚度减薄，内部结构发生变化，导致其导热性能也发生变化。
但是在现有的导热模型中不能够描述保温材料导热模型在形变过程中的变化规律，因此针对多孔保温材料导热系数在形变过程中变化规律的研究是十分必要的。
多孔保温材料的导热系数与基体导热系数、分散相导热系数、孔隙率、泡孔平均直径、泡孔圆度值、温度等因素有关。
本文选取最重要的因素进行考虑，分别是基体导热系数、分散相导热系数、孔隙率、泡孔平均直径、泡孔圆度值。
其他几个因素本文不做考虑。
多孔保温材料的导热性能、力学性能与细观结构有重要联系，因此首先研究材料的细观结构。
本文选取密度为40kg/m3、60kg/m3、80kg/m3的多孔保温材料，制作观察试片，通过显微镜拍摄显微图像，在Image J软件中分析显微图像，获得材料平均孔径、泡孔圆度值。
同时用密度法得到不同密度材料的孔隙率。
文章根据获得的多孔保温材料的原始参数，通过Matlab软件进行保温材料的二维模型的建立，得到不同种类保温材料的数值计算模型。
在Abaqus软件中进行形变计算。
用Image J软件对计算的形变云图提取结构参数，并分析形变量与细观结构参数之间的规律关系。
同时基体弹性模量会影响形变量与细观结构参数之间的规律，因此，规律关系中还用加入基体弹性模量影响因素，根据计算结果可以发现形变量与孔隙率、平均孔径之间有二次关系，形变量与圆度值有一次函数的关系。
依据导热系数与基体导热系数、分散相导热系数、孔隙率、圆度值、平均孔径之间的关系，建立包含有形变量、基体弹性模量影响因素的导热模型（形变条件下保温材料导热模型）。
毛细多孔介质在液氮中的传热试验研究
以下 ， 具有良好 的隐身作用 ， 为低温技术的重大应用之 但 在低 温容器 内 填充 毛细 多 孔 介 质 ， 利用 毛 细 且
。
传热学已经渗透到许多学科和新技术领域 ， 包括热管技 术、 高温元部件发散冷却、 强化传热、 建筑保温、 材料、 石油 开采、 地下储能、 医学和农业工程 ， 是形成新的交叉和边
１ 引 言
多孔介质是由固体骨架和流体组成的一类复合介 质。多孔介质传热过程包括固体骨架之间相互接触及空 隙中流体的导热过程、 空隙中流体的对流换热、 固体骨架
或气体间的辐射换热 。从 学科发 展的角度看 ， 多孔介 质
深远影响的研究课题， 尤其是多孔介质传热在低温技术 （ 主要是航天器制冷） 领域 的研究Ｌ 。 １ 在航天器上配置低温系统 ， 使其表 面冷却至 １０ ０Ｋ
（ ． ａｚｏ ｎｖｒｔ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ａｚｏ ３０ ０ ｈｎ ； ２ ＬｎｈｕＩｓｔｔ ｏ Ｐ ｙｉｓ ａ ｚｏ ３０ ０ ｈ ａ ＩＬｎｈｕＵ ｉ ｓｙｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｌ ｎｈ ｕ７０ ５ ，Ｃ ｉａ ． ａｚｏ ｎｔｕｅ ｆ ｈｓ ，Ｌｎｈ ｕ７０ ０ ，Ｃ ｉ ） ｅｉ ｏ ｉ ｃ ｎ Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅｈａ ｔ ｌ ｒ ｈｒｃｅ ｓｃ ｐ￣ｒ ｏｏｓｍ ｄａ ｎ ｉｌｄｎｒｇｎｗ ｒ ｓ ｄｅ ． ｉｅ ｅ ｐｒｔｒ ｃｒｅ ｅｅ ｒ － ｂｔ ｃ： ｈ ｅｔｒ ￣ｅ ａ ｔ ｉｉｓ ｆ ａ ｉａ ｐｒｕ ｅｉ ｉ ｑｉ ｉｏｅ ｅ ｕｉｄ Ｆｖ ｍ ｅａ ｅ ｕｖｓ ｒ ｐｅ ｒ ａ ｃ ａ ｒｔ ｏｅ ｙ ｌ ｌ ｔ ｅｔ ｔ ｕ ｗ ｓ ｅｔｄｔｒ ｇ ｅ￣ｓ ｅｔ ｅａ ｒ ｅｓｒ ｇｗｔ ｒ ｇｎｃｈ ｎ ｏｏｐｅ ｔ ｖ ｉｅｅｔ ｏｉｏ ｓ ｆ ｐｒ ｎａ ｏｊ ｔ Ｔ ｅ ａ ｓ ｎｅ ｏ ｈ８ ｏ ｉ ｍｐｒ ｕｅｍ ａｕｉ ｉ ｃ ｏｅｉ ｔｅ ｎｃｕ ｌ ａ ｆ ｅ ｆ ｒ ｓ ｎ ｅ ｅ ｍｅｔｌ ｂｅ ． ｈ ｌ ｉ ｈｕ ｕ ｖ ｅ ｔ ｎ ｈ ｙ ｓ ｄ ｉ ｎ ｐ ｔ ｏａ ｘ ｉ ｉ ｃ ｎ ａ ｙｓ
玄武岩纤维在低温下的传热特性试验研究
动和广 泛 的应 用 。低 温 冷却 器 作 为 低 温技 术 的一 个
方面 ， 在航天 中可应 用 于提 高 探测 器 的精 度 ， 低 其 降
本 底 噪声和 热噪声 。在低 温冷 却器 中填 充多孔 介 质 ，
维 的结构 如 图 １ 示 。国 内外 文 献对 玄 武 岩纤 维 的 所 研究 ， 目前 仅 局 限 于 抗 拉 比 强 度 、 学 稳 定 性 等 方 化 面 ｊ 。研究 从 多孔介质 的角 度人手 ， 通过 在 抽真 空
Ａｂｓｒ ｔ Ｔｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒｏ ｏ ｏ ｓ ｍｅ ｉ ｔｌｗ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ，ｔ ｘ ｅ ｉ ｎｓ ｗｉｈ ｔｓ ｌ － ｔ ａｃ ： ｔ ｄ ｈ ｅ ｔｔａ ｓｅ ｆｐ ｒ ｕ ｄ ａ ａ ｏ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ ｗｏ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｔ ｅ ｔｅｅ
ｍｅ ｔ Ｂｕ ｈ ｏ ｓ ｍ ｐ ｉｎ ｏ ｉ ｕ ｄ ｎ ｔｏ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｎ． ｔｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｏ ｆｌｑ ｉ ｉ ｇ ｎ ｉｃ ｅ ｓ ｄ． ｒ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｂ ｓ ｌ ｆｂ ｒ； ｒ ｕ ｅ ｉ ｌ ｉ ｔｏ ｅ ａ ａｔ ｉ ｅ ｐｏ ｏ ｓ ｍ ｄ ａ；ｉ ｄ ｎｉ ｇ ｎ ｑｕ ｒ
ｃ ｒ ｅ ｐ ｎｄｎｇ ｃ ｉ ｅ ｆ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｏ ｒ ｓ ｏ ｉ ｕ ｖ ｓ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ， ｐ ｅ ｓ ｒ ｎｄ ｍａ ｓ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ Ｔｈ ｎａｙ ｉ ｆｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｈ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｓ ｒ ｒ ｓ ｎ ． ｅ ａ ｌｓｓ ｏ ｈ ｕ ｖ ｓ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔｂ ｓ ｌ ｆｂ ｒｃ ｎ ｃｅ ｒｙ ｅ ｈ ｎｃ ｅ ｔｔａ ｆ ｒ ｆｅ ｔｖ ｌ ｏ ｒａ ｄ ｓａ ｉｉｅ ｔ ｅ ｔｍｐｅ ａｕ ｅｏ ｅ ｔｅ ｅ ｈａ ａ ａ ｔｉ ｅ ａ ｌ ａｌ ｎ ａ ｅ ｈ ａ ｒ ｎｓｅ ，ｅｆ ｃｉｅｙ ｌｗｅ ｎ ｔｂ ｌ ｈ ｅ ｚ ｒ ｔ ｒ ｆｔｓ ｌ－
气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究
气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究研究气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的主要目标是准确地描述
其热传导过程，并尽可能降低不确定性。
该模型应包括以下几个方面的研
究内容。
首先，需要对气凝胶纳米多孔隔热材料的物理性质进行实验测定。
这
包括孔隙率、孔径分布、导热系数等参数的测定。
同时，还需要对材料的
微观结构进行表征，如纳米颗粒尺寸、孔隙形态等。
其次，需要建立一个适用于气凝胶纳米多孔隔热材料的传热计算模型。
该模型应考虑材料的几何结构、热物性以及热传导机制等因素。
常用的模
型包括经典的热传导方程、多孔介质传热模型等。
在模型的建立过程中，
需要合理地考虑材料的多孔结构对传热的影响。
然后，需要进行传热计算模型的验证和修正。
通过与实验数据的比对，评估模型的准确性和可靠性。
如果模型存在偏差，需要对模型进行修正。
可以通过调整模型中的参数或者引入其他因素来提高模型的预测能力。
最后，需要应用传热计算模型进行工程设计和优化。
根据具体的工程
应用场景，通过计算模型预测气凝胶纳米多孔隔热材料的传热性能，如温
度分布、热流量等，从而指导设计和优化。
在研究气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的过程中，还可以考虑
其他因素的影响，如边界条件、湍流效应等。
这些因素可能对传热性能产
生较大的影响，需要在模型中予以考虑。
总之，气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究对于提高材料的
应用性能具有重要的意义。
通过建立准确可靠的传热模型，可以指导工程
设计和优化，推动气凝胶纳米多孔隔热材料的广泛应用。
非均匀温度场下多孔介质传热数值模拟分析
非均匀温度场下多孔介质传热数值模拟分析在非均匀温度场下，多孔介质的传热特性成为了研究的重点。
通过数值模拟的方法，我们可以更好地理解多孔介质传热的机理，并为相关工程应用提供指导。
本文将通过分析非均匀温度场下的多孔介质传热数值模拟研究，来探讨其中的关键问题和应用前景。
首先，我们需要明确多孔介质传热现象的特点。
多孔介质是由固体颗粒和孔隙组成的材料，这些孔隙可以是连通的，也可以是孤立的。
在非均匀温度场下，传热现象往往会受到温度梯度的影响，导致热流的不均匀分布。
此外，多孔介质的传导、对流和辐射传热机制也需要同时考虑。
接下来，我们可以通过数值模拟的方法来研究非均匀温度场下的多孔介质传热问题。
数值模拟的基本思路是将传热问题转化为数学方程，然后通过计算机求解这些方程。
常用的数值模拟方法有有限元方法、有限体积法和边界元法等。
这些方法可以对多孔介质的不同尺度、不同物理过程进行模拟和分析，从而提供了详细的传热特性和温度场分布信息。
在进行数值模拟之前，我们需要先建立多孔介质的模型。
模型建立的关键是选择合适的几何形状和边界条件。
常见的多孔介质几何形状有平板、圆柱和球等。
边界条件可以是固定温度、热流量或热通量等。
根据不同的研究目的和实际情况，选择合适的模型和边界条件对于准确模拟多孔介质传热至关重要。
模型建立完成后，我们可以通过数值方法求解传热方程，得到多孔介质的温度场分布和热流分布。
在非均匀温度场下，热流的分布往往会导致温度场的不均匀变化。
通过数值模拟，我们可以分析不同的参数对传热特性的影响，如孔隙率、多孔介质的导热系数、温度梯度等。
数值模拟不仅可以提供多孔介质传热特性的定量分析，还可以为相关工程应用提供指导。
例如，在地热能开发中，多孔介质传热数值模拟可以帮助我们了解地下热储层的温度分布和热流分布，从而指导热储层的设计和开发。
在建筑节能领域，多孔介质传热数值模拟可以帮助我们分析建筑材料的传热特性，优化建筑结构和绝热层的设计。
多孔材料的导热性能研究
多孔材料的导热性能研究导热性能是指物质传导热量的能力，而多孔材料作为一种特殊的材料，其导热性能常常引起科研人员的关注。
本文将围绕多孔材料的导热性能展开论述。
第一部分：多孔材料的定义和应用领域多孔材料是指具有许多孔隙结构的材料，其中的孔隙可以是微米、纳米甚至更小尺度的。
这种特殊结构使得多孔材料具有许多独特的性能，例如轻量化、吸音、吸附和隔热等。
多孔材料在各个领域都有广泛的应用。
在建筑领域，多孔材料常用于保温隔热，如保温板、保温砖。
在能源领域，多孔材料可用于储能，如锂电池的正负极材料。
在环境领域，多孔材料可用于水处理，如活性炭。
第二部分：多孔材料导热性能的关键因素多孔材料的导热性能受多个因素影响，下面将详细讨论其中的几个主要因素。
1.孔隙形状和尺寸：孔隙的形状和尺寸对多孔材料的导热性能有显著影响。
一般来说，孔隙形状越规则，孔尺寸越小，多孔材料的导热性能越差。
这是因为规则形状和小尺寸的孔隙会增加多孔材料内部的界面和散射，阻碍热量的传导。
2.孔隙分布和连通性：孔隙的分布和连通性也会对多孔材料的导热性能产生影响。
如果孔隙分布均匀且相互连通，多孔材料的导热性能会更好。
反之，不均匀和不连通的孔隙结构会导致热量传导的不均匀和阻碍。
3.孔隙填充物：多孔材料中的孔隙填充物也会对导热性能产生影响。
填充物的导热性能越好，多孔材料的导热性能也越好。
例如，石墨是一种常见的高导热填充物，可以有效提高多孔材料的导热性能。
第三部分：多孔材料导热性能的研究方法为了研究多孔材料的导热性能，科研人员通常采用实验和数值模拟两种方法。
实验方法主要通过设计合适的实验装置和测量导热系数等参数来研究多孔材料的导热性能。
这种方法可以直接获得实际材料的导热性能数据，但需要考虑到实验过程中可能存在的误差和实验条件的精确控制。
数值模拟方法则是通过建立多孔材料的几何模型和导热传导模型，利用数值计算的方法模拟多孔材料的导热性能。
这种方法可以对多孔材料的导热性能进行预测和优化，但需要较高的数值计算能力和准确的物理模型。
清华大学航天航空学院“传热学”实验报告
【实验（一）名称】 瞬态热线法测量多孔介质的热导率 【实验原理】L1 -11实验装置如图1所示，将一根细长白金丝埋在初始温度均匀的待测材料中, 充当加热器和温度传感器， 通电加热后，测定白金丝温度随时间的变化， 据此推出其周围介质的热导率。
该实验的特点是测量时间短，对试样尺寸无特殊要求。
物理模型如图2所示，单位长度上加热丝发出的热流为:式中，I 和U 为通过白金丝的电流与加载在白金丝上的电压,白金丝发热量较小，介质可视为无限体，导热微分方程、初始和边界条件:6号「（马」口），X —t 0:t :r r ：r-2- r oq ，r =r°,t 0 c r解得加热丝表面处待测介质温度：白金丝同时q = l 2R/l =IU /I(1)R 是白金丝的电阻值。
2旳2 2T （「。
，tT 汽 L exp 严/r0）兀九 A "八、0 u 3A(u$) du(3)图1.实验装置示意图式中，•.是试样与加热丝热容之比的2倍。
可得:温度T(r0,t)可视为以上各式中的T(r o,t)，白金丝平均温度T(r0,t)与其电阻R的关系如下:R = R0「1 + 0 (T(r°,t)-T°)]式中，R0是初始温度T。
(取当时室温)时白金丝的零点(不通电加热)电阻；通入较大电流后，t时刻白金丝电阻和平均温度分别为R和T(r o,t) ；1为白金丝的电阻温度系数(0.0039K-1)。
【实验器材】【实验流程】直流电源(Advantest R6243) 1台多孔介质及样品槽1套看采集器(主机34970A，模块34901A) 1台电压表1台白金丝(直径100 gm, 99.99%) 若干标准电阻1个2 2• ：(u, •) =[uJ°(u)-7(u)] [uY)(u)M(u)] (4)式中，J)(u), Ji(u)为第一类贝塞尔函数的零阶、一阶函数；Y o(u)、Y i(u)为第二类贝塞尔函数当t足够大:2ro .14- t(5)式(3)中指数积分可用级数展开近似，忽略小量，得到:T (r°,t) —T oq 4： t汁计C](6)式中，欧拉常数C= 0.5772 , ?为介质的热扩散率。
多孔材料传热特性的试验研究
度进行比较 。 2.2 试验样品 试验样品选择碳纤维 , 具体样品的规格及试
验参数可以参见表 1。
表 1 碳纤维试验初始数据 Tab.1 Primaryexperimentaldataofcarbonfibre
· 17·
4 结论
(1)相比不填充多孔材料的夹板 , 填充多孔
材料以后的夹板表面温度在低温下的维持时间明 显增加 , 主要原因是多孔材料蓄液能力与吸附效 应联合作用的结果 , 从而说明多孔材料内部的特 殊结构使其在低温下的传热发生了改性 。
图 2 温度 -时间曲线图 Fig.2 Temperature-timecurve
如图 3所示 , 相比空夹板 , 填充多孔材料时所 消耗的液氮量要大 , 其主要原因是多余消耗的这 部分液氮潜热正好用于补充低温维持时间增加所 产生的热损 。整个试验过程中液氮的消耗量基本 呈线性变化 。
第 4期 低温技术 Cryogenics
版社 , 1984.
[ 2] 林瑞泰 .多孔介质传热传 质引论 [ M] .北京 :科学出
版社 , 1995.
(下转第 11页 )
第 4期 低温技术 Cryogenics
· 11·
温度比下的 关系 。
图 4 位移相位差对无量纲制冷量的影响 Fig.4 Theeffectsofdisplacementphaseshiftondimension-
1 引言
多孔介质由于其结构特征的复杂性 , 使其研 究越来越引起人们的关注 。 根据 Bell的定义 , 所 谓多孔介质就是多相物质所占用的空间 , 在多相 物质中一定有固体相 。 固体相又称为固体骨架 , 固体骨架分布于多孔介质占据的整个空间内 。 没 有固体骨架的那部分空间称作空隙或孔隙 , 它由 液体或气 (汽 )体或由气液两相共同占有 , 多数孔 隙是相互连通的 , 这些连通的孔隙称为有效孔隙 , 那些互不连通或虽连通但流体很难通过的孔隙则 称为死端孔隙 , 流体可通过有效孔隙从多孔介质 的一端渗透到另一端 。多孔介质传热过程包括固 体骨架之间相互接触及空隙中流体的导热过程 、 空隙中流体的对流换热 、固体骨架或气体间的辐 射换热 [ 1 -4] 。
多孔材料传冷特性的对比试验
多孔材料传冷特性的对比试验
温永刚;张晓曦;陈光奇;孙李宁;李慧燕
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2008(000)002
【摘要】通过试验对3种不同孔径的多孔纤维材料传冷特性进行了对比分析,试验结果证明材料的传冷特性与其纤维平均直径有着密切的关系.随着多孔材料纤维平均直径的减小,其蓄液传冷特性不断增强.经过试验测温比较,纤维平均直径最小的微细玻璃纤维在低温下具有最佳蓄液传冷特性.
【总页数】4页(P14-17)
【作者】温永刚;张晓曦;陈光奇;孙李宁;李慧燕
【作者单位】兰州物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室,兰州,730000;兰州理工大学石油与化工学院,兰州,730050;兰州物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室,兰州,730000;兰州理工大学石油与化工学院,兰州,730050;兰州理工大学石油与化工学院,兰州,730050
【正文语种】中文
【中图分类】TB64
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多孔介质材料在低温下的传热特性实验研究温永刚，陈光奇（兰州物理研究所，真空低温技术与物理国家级重点实验室，甘肃兰州７３００００）摘要：对多孔介质材料在低温下的传热特性进行了实验研究，在填充液氮以后其低温维持时间明显增加，主要原因是由于多孔材料的参与改变了传热特性；采用连续介质管束模型，用有限元分析软件对其整体温度场分布进行了数值模拟计算，计算结果和实验数据吻合。
关键词：多孔介质；低温传热；管束；有限元中图分类号：ＴＫ１２４；ＴＢ３８３文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７０８６（２００７）０２－００９８－０４ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹＯＮＨＥＡＴＴＲＡＮＳＦＥＲＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＯＦＰＯＲＯＵＳＭＥＤＩＡＭＡＴＥＲＩＡＬＵＮＤＥＲＴＨＥＬＯＷＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＷＥＮＹｏｎｇ－ｇａｎｇ，ＣＨＥＮＧｕａｎｇ－ｑｉ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂ．ｏｆＶａｃｕｕｍ＆ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｍａｔｅｒｉａｌｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｉｍｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｆｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎｄｕｅｔｏｔｈｅｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｎｇｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｗｈｉｃｈｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｔｈｅｂｕｎｄｌｅｏｆｔｕｂｅｓｍｏｄｅｌａｎｄａｍｅｔｈｏｄｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｗｈｏｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｗｅｒｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｂｕｎｄｌｅｏｆｔｕｂｅｓ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ１引言随着传热传质学研究的不断深入及其研究领域的不断扩大，已逐渐渗透到微观世界。
研究范围从微米一直到纳米，极大地开阔了人类的视野。
然而对于微观结构复杂的多孔介质材料，其传热传质特性的研究还很不成熟，诸多理论的建立都是基于各种各样的假设，造成与实验结果的偏离。
综合多孔介质的结构特征，可对其含义规定如下［１］：多孔介质材料是一种多相物质共存的组合体，在多相物质中至少有一相不是固体，它们可以是气相或液相，固相作为固体骨架，其余部分作为空隙空间，构成空隙空间的孔洞应当相互连通，即空隙内任意两点可以用一条完全位于其中的假想曲线连接起来。
按照多孔介质材料的定义，可以认为玻璃纤维、陶瓷纤维、金属丝等毛细材料均属于多孔介质材料范畴。
由于其自身的特殊结构，流体在其内部的传热特性相当复杂。
由于多孔介质结构的不均匀性以及各传递过程的相互影响，构成了多孔介质传热过程的复杂性，作者采用实验与数值模拟相结合的研究方法对其传热特性进行了研究。
作者选取玻璃纤维作为多孔介质材料进行实验并测量了实验数据，对其在低温下的某些传热特性做了收稿日期：２００７－０１－１８．基金项目：真空低温技术与物理国家级重点实验室基金（９１４０Ｃ５５０８０１）资助。
作者简介：温永刚（１９７８－），男，甘肃省陇西县人，硕士研究生，从事低温物理研究。
第１３卷第２期２００７年０６月真空与低温Ｖａｃｕｕｍ＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ９８分析。
同时采用连续介质管束模型和有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对其温度分布进行了数值模拟计算，将计算结果与实验结果加以比较。
２实验研究２．１实验装置实验装置选用的杜瓦容器为带有观察窗和刻度尺的玻璃杜瓦，最小读数为１ｍｍ，同时采用升降连杆装置以控制实验件浸没在液氮中的高度。
实验装置原理示意图如图１所示。
２．２实验方法实验件尺寸选用Φ５０ｍｍ×１２０ｍｍ的不锈钢薄壁直通圆筒，表面贴以ａ、ｂ、ｃ、ｄ四支预先标定好的Ｔ型铜－康铜热电偶用以测温，测量位置相对均布且固定。
实验过程分别在不填充玻璃纤维和填充玻璃纤维的２种情形下进行。
玻璃纤维填充质量为８．６０ｇ，其填充密度约为３．８２ｋｇ／ｍ３。
实验开始时，先将电子称清零，加注液氮，质量约０．９０ｋｇ，液氮面距离电子称台面约８５ｍｍ，其中ａ、ｂ、ｃ三支热电偶处于液氮面以上，只有热电偶ｄ处于液氮面以下。
两次实验过程中保证其实验初始状态一致并记录数据，实验过程持续时间为６０ｍｉｎ。
２．３实验结果图２￣图５是ａ、ｂ、ｃ、ｄ４点温度随时间的变化曲线。
图２ａ点温度分布随时间变化图图３ｂ点温度分布随时间变化图４ｃ点温度分布随时间变化图图５ｄ点温度分布随时间变化图温永刚等：多孔介质材料在低温下的传热特性实验研究９９１００真空与低温第１３卷第２期图６、图７分别是杜瓦容器内液氮面高度和液氮质量随时间的变化曲线。
图６液氮面高度随时间变化图图７液氮质量随时间变化图２．４实验结论（１）在过程１中，液氮面下降到热电偶ｄ位置以下后，该点温度呈线性迅速回升，４点的回温曲线斜率基本是相同的。
（２）在过程２中，由于有多孔材料的存在改变了传热特性，增加了筒体表面温度在低温下的维持时间，使回温曲线的出现延迟了大约１５￣３０ｍｉｎ。
（３）相比过程１，过程２所消耗的液氮量要大，多余消耗的这部分液氮潜热正好用于补充低温维持时间增加所产生的热损。
３数值模拟结果与实验结果的比对３．１计算假定利用计算机模拟软件来对实验中的过程２进行数值分析。
作者选用的有限元分析软件为ＡＮＳＹＳ［２￣４］。
由于填充介质为多孔介质，其内部传热过程是相当复杂的，再加上液氮在其中参与进行的两相流换热，使得问题更进一步的复杂。
作者的处理方法是将其作为连续介质来处理。
按照材料具体情况选用Ｋｏｚｅｎｙ提出的管束模型，将多孔介质看成是一组平行管束的几何体，其表面积、体积等均假定相等，即采用统计的方法，忽略多孔介质的微观结构，从研究质点问题出发，用一种连续介质结构的物质来代替实际的多孔介质［３，４］。
传热计算过程中用到的多孔介质结构参数按照文献［１，５］的方法进行计算。
在计算过程中需作出如下假定：（１）薄壁直通圆筒的壁厚忽略不计，其内部的热量传递主要是通过气液间的热传导及对流换热来进行；（２）实验环境周围空气平均温度为常温且维持不变；（３）圆筒材料热性能参数可以按其平均壁温来选取和计算，随温度降低所产生的变化忽略不计。
３．２有限元解计算结果利用ＡＮＳＹＳ建模时，选取轴对称平面的１／２建立二维有限元模型，采用自由网格划分方式，加载设置的边界条件后，得到的计算结果如图８、图９所示。
图８１０ｍｉｎ圆筒整体温度分布图９３０ｍｉｎ圆筒整体温度分布［６］文盛乐，易慧先．磁波以任意角入射时介质层的透射系数［Ｊ］．湖南师范大学自然科学学报，１９９９，３：８５￣８７．［７］ＭＣＭＯＲＲＯＷＤ，ＭＥＬＩＮＧＥＲＪＳ，ＢＵＣＨＮＥＲＳ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒｆｏｒＥｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＳＥＵ－ＨａｒｄＤｅｓｉｇｎｓ［Ｊ］，ＩＥＥＥＴｒａｎｓＮｕｃｌＳｃｉ，２０００，４７（３）：５５９￣５６５．图８、图９中圆筒整体温度分布采用云图方式给出，其特点和温度色标指示一致，圆筒温度分布是由底向上逐渐升高，对应于温度色标指示从左至右逐渐升高。
在１０ｍｉｎ时，温度色标指示变化范围为－１８５．００２～３．８１２℃；在３０ｍｉｎ时，温度色标指示变化范围为－１８５．７０５℃～－３３．５１５℃。
３．３与实验结果比对将实验中过程２的测试数据与ＡＮＳＹＳ软件计算得到有限元解进行比对，二者吻合良好，具体参见表１。
表１温度分布有限元解与实验值的比对４结论（１）相比不填充多孔介质材料的筒体，填充多孔材料以后的圆筒表面温度在低温下的维持时间明显增加，主要原因是多孔材料蓄液能力与吸附效应联合作用的结果，从而说明多孔材料内部的特殊结构使其在低温下的传热发生了改性。
参照图２￣图５，４点的低温维持增加时间分别是：ａ点约２２ｍｉｎ；ｂ点约２６ｍｉｎ；ｃ点约２８ｍｉｎ；ｄ点约３２ｍｉｎ。
（２）采用连续介质管束模型计算得到的圆筒表面温度分布值与实验测试值吻合良好。
参照表１可知，在实验时间为１０ｍｉｎ时，有限元解与实验值的最大绝对误差为０．８９８℃；在实验时间为３０ｍｉｎ时，有限元解与实验值的最大绝对误差为２．１０５℃，较好地模拟了实验结果。
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