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多孔介质复合腔体内自然对流及传热的实验研究
摘要
本文针对多孔介质复合腔体内自然对流及传热的实验研究进行了探讨。通过实验研究，我们发现：多孔介质复合腔体内自然对流会显著影响传热性能，而复合腔体内的热传导与对流热传递机制的相互作用进一步增强了该影响。我们从理论上推导并建立了传热模型，并利用实验数据验证了该模型的可靠性。研究表明，优化腔体内多孔介质的分布可以有效提高传热效率。
关键词：多孔介质，复合腔体，自然对流，传热
Abstract
Thispaperdiscussestheexperimentalresearchonnaturalconvectionandheattransferwithinacompositecavitywithporousmedia.Throughexperimentalresearch,wefoundthatnaturalconvectionwithinacompositecavitywithporousmediahasasignificantimpactonheattransferperformance,andtheinteractionbetweenheatconductionandconvectiveheattransfermechanismsinthecompositecavityfurtherenhancesthisimpact.Wetheoreticallyderiveandestablishtheheattransfermodelandverifythereliabilityofthemodelusingexperimentaldata.Thestudyshowsthatoptimizingthedistributionofporousmediawithinthecavitycaneffectivelyimproveheattransferefficiency.
Keywords:Porousmedia,Compositecavity,Naturalconvection,Heattransfer
正文
1.研究背景
随着新能源、节能环保等社会需求日益增长，对传热技术的要求也越来越高。而复合腔体作为一种新兴的传热结构，在传热领域中得到了广泛的应用。多孔介质作为复合腔体内传热的基本组成部分，其内部结构的变化会对复合腔体内自然对流及传热性能产生影响。因此，对多孔介质复合腔体内自然对流及传热的实验研究具有重要的理论和实践意义。
2.实验装置
本实验采用的实验装置如图所示：
[插入实验装置图]
图中，1为实验箱体，2为加热器，3为温度传感器，4为风扇，5为多孔介质，6为试样。
3.实验原理
在实验室环境下，将试样放置在实验箱体内部，利用加热器对试样进行加热，使试样上表面产生高温区域，从而引起复合腔体内自然对流。同时，在复合腔体内部，多孔介质的存在会对传热机制产生影响。
本实验中，我们将试验箱内的温度分为三个区域：热源区、过度区和冷却区。热源区为实验箱的上表面，过度区为离热源较近的纵向区域，冷却区为离热源较远的区域。为了研究复合腔体内的自然对流及传热机制，我们设置了温度传感器，通过记录温度数据来分析不同温度区域内的热传输性能。
4.实验结果及分析
通过实验，我们得到了不同参数下的实验数据，并对数据进行了分析。
4.1多孔介质的影响
我们在试验中控制了多孔介质的粒径，以研究多孔介质的孔隙度对复合腔体内自然对流及传热的影响。实验结果表明，孔隙度越大，自然对流越剧烈，热量传递效率越低；孔隙度越小，自然对流越弱，热量传递效率越高。这说明复合腔体内的多孔介质对流场的形态和数量具有重要影响。
4.2加热器功率的影响
我们改变加热器的功率大小，以研究加热器功率对复合腔体内自然对流及传热的影响。实验结果表明，当加热器功率固定时，加热器的温度分布呈现出高度对称性，自然对流的作用不明显；当加热器功率逐渐增大时，加热器的温度分布呈现出瞬态不对称性，自然对流的作用逐渐增强，并最终导致通流区域的扩大。这说明加热器功率对复合腔体内自然对流及传热性能的影响非常显著。
4.3多孔介质分布的影响
我们改变多孔介质在复合腔体中的分布情况，以研究多孔介质分布对自然对流及传热的影响。实验结果表明，当多孔介质分布均匀时，复合腔体内的传热效率最高；当多孔介质分布不均时，会导致自然对流的不规律性，从而降低传热效率。这说明优化多孔介质的分布可以有效提高复合腔体内的传热效率。
5.结论
通过实验研究，我们得到了多孔介质复合腔体内自然对流及传热的基本特征及影响因素。研究表明，多孔介质的孔隙度、加热器功率和多孔介质分布等因素均会对复合腔体内自然对流及传热性能产生显著影响。
针对多孔介质的内部结构变化、自然对流的不规律性，我们建立了相应的传热模型，并通过实